Artigo - Estudo do Grafeno

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ESTUDO DO GRAFENO 
 
 
ISSN: 2316-2317 Revista Eletrônica Multidisciplinar - UNIFACEAR 1 
 
 
Cristofer de Almeida Silva; Rodrigo de Lima Fagundes 
Unifacear 
 
 
 
RESUMO 
O presente trabalho aborda o processo de síntese do óxido de grafeno reduzido, realizando 
alterações nas quantidades dos insumos e tempos de oxidação. A ideia central do estudo é aferir a 
qualidade da amostra através dos diferentes processos, sendo o principal deles o de Hummer. 
Através de uma análise simples em microscópio ótico, comparando com amostras de grafite puro, 
foi possível constatar a mudança na estrutura e encontrar a melhor rota que economizaria insumos 
e tempo, apesar da falta da análise MEV. 
 
Palavras chave: Óxido, Grafeno, Rota química. 
 
 
ABSTRACT 
The present work deals with the synthesis process of reduced graphene oxide, making changes in 
the quantities of the inputs and in the oxidation times. The main idea of the study is to measure the 
quality of the sample through the different processes, the main one being Hummer. Through a simple 
analysis under an optical microscope, comparing with pure graphite samples, it was possible to verify 
the change in the structure and find the best route that would save time and inputs, despite the lack 
of analysis in SEM. 
 
Key Words: Oxide, Graphene, Chemical route. 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
1.1. BREVE RESUMO HISTÓRICO 
 
O termo grafeno foi usado pela primeira vez em 1987, mas só foi reconhecido 
oficialmente em 1994 pela União de Química Pura e Aplicada (JE, 2019). 
Essa designação surgiu da junção do grafite com o sufixo-eno, fazendo referência 
à dupla ligação da substância (JE, 2019). 
Desde a década de 50, Linus Pauling falava em suas aulas da existência de uma 
camada fina de carbono, constituída de anéis hexagonais. Philip Russell Wallace também 
descreveu algumas importantes propriedades dessa estrutura anos antes (BATISTA, [ano 
?]). 
 
 
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Entretanto, apenas recentemente, em 2004, o grafeno foi isolado pelos físicos 
Andre Geim e Konstantin Novoselov na Universidade de Manchester e pode ser 
profundamente conhecido (PIERRO, 2013). 
Eles estavam estudando o grafite e por meio da técnica de esfoliação mecânica 
conseguiram isolar uma camada do material com o uso de uma fita adesiva. Esse feito 
conferiu o Prêmio Nobel à dupla no ano de 2010 (ELIB, 2019). 
 
1.2. GRAFENO 
 
Se trata de um nano material, composto apenas por carbono, em que os átomos 
se ligam formando estruturas hexagonais (BATISTA, [ano ?]). 
 
Figura 1- Arranjo Atômico do Grafeno 
 
FONTE: UFRGS, [ano ?] 
 
É o cristal mais fino conhecido e suas propriedades o fazem ser muito desejado. 
Esse material é leve, condutor de eletricidade, rígido e impermeável (BATISTA, [ano ?]). 
A aplicabilidade do grafeno está em diversas áreas. As mais conhecidas são: 
construção civil, energia, telecomunicações, medicina e eletrônica (INBEC, 2020). 
 
PROPRIEDADES: 
 
 
 
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 LEVE: um metro quadrado pesa apenas 0,77 miligramas. Um aerogel de grafeno é 
cerca de 12 vezes mais leve que o ar; 
 FLEXÍVEL: ele pode expandir até 25% do seu comprimento; 
 CONDUTOR: sua densidade de corrente superior à do cobre.; 
 DURÁVEL: ele se expande no frio e encolhe no calor. A maioria das substâncias 
agem de maneira oposta; 
 IMPERMEÁVEL: a malha formada por carbonos não permite nem mesmo a 
passagem de um átomo de hélio; 
 RESISTENTE: cerca de 200 vezes mais forte que o aço; 
 TRANSLÚCIDO: absorve apenas 2,3% de luz; 
 FINO: um milhão de vezes mais fino que um fio de cabelo humano. Sua espessura 
é de apenas um átomo; 
 RÍGIDO: material mais rígido conhecido, até mais que o diamante. 
 
MÉTODOS DE PRODUÇÃO: 
 
 MICROESFOLIAÇÃO MECÂNICA: um cristal de grafite tem camadas de grafeno 
retiradas com uso de uma fita, que são depositas em substratos contendo óxido de 
silício. 
 MICROESFOLIAÇÃO QUÍMICA: as ligações dos carbonos são enfraquecidas pela 
adição de reagentes, rompendo parcialmente a rede. 
 DEPOSIÇÃO QUÍMICA A VAPOR: formação de camadas de grafeno depositadas 
em suportes sólidos, como superfície metálica de níquel. 
 
2. DESENVOLVIMENTO 
 
No presente trabalho utilizou-se o método de micro esfoliação química, proposto 
por Hummers e Hoffman para produção de óxido de grafeno a partir do grafite. 
O processo de síntese pode ser descrito pela figura a seguir: 
 
 
 
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Figura 2- Rota Química 
 
Fonte: Oliveira at al, p.2, 2018 
 
2.1. METODOLOGIA 
 
Iniciou-se o processo pesando-se o grafite (1,000g) e o nitrato de sódio (0,520g) 
e após ambos foram transferidos para um Becker de 100 mL. 
 
Figura 3- Pesagem dos Insumos 
 
Fonte: Os Autores, 2020 
 
 
 
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Com auxílio de uma proveta, adicionou-se ácido sulfúrico (H2SO4) 95% (24mL) e 
deixou-se sob agitação magnética por 30 minutos, a 500 rpm, em banho de gelo, dentro 
da capela para proteção contra os gases produzidos durante o processo. 
 
Figura 4 - Agitação Magnética 
 
Fonte: Os Autores, 2020 
 
Após acrescentou-se permanganato de potássio (KMnO4) (3,000g), mantendo a 
temperatura entre 25 e 30 °C, com agitação constante por 2 horas. Em seguida, 
acrescentou-se água deionizada, aumentando a rotação para 1300 rpm, durante 2 horas. 
Posteriormente, o peróxido de hidrogênio (H2O2) (10mL) foi adicionado a mistura, e após 
30 minutos adicionou-se ácido clorídrico (HCl) 5% (50mL), agitou-se por mais 30 minutos, 
para eliminação do H2O2. A seguir, a amostra passou por centrifugação por 5 minutos a 
2500 rpm e separou-se o sobrenadante do precipitado. 
 
 
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Figura 5 - Sobrenadante e Precipitado 
 
Fonte: Os Autores, 2020 
 
Montou-se um processo de filtração a vácuo para lavagem do precipitado, com 
água deionizada até pH neutro. 
 
Figura 6 - Material Filtrado 
 
Fonte: Os Autores, 2020 
 
Por fim, o material em pó foi seco em estufa a 100°C durante aproximadamente 
30 minutos. Após a secagem o material foi analisado em um microscópio ótico, que apesar 
de não ser o mais adequado era o equipamento que estava disponível. 
 
 
 
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Figura 7 - Análise das Amostras 
 
Fonte: Os Autores, 2020 
 
3. CONCLUSÃO 
 
Embora a situação atual de pandemia prejudicou o estudo e análise do Grafeno, 
em um prazo muito curto, foi possível chegar em amostras físicas concluídas, ficando 
pendente apenas a análise dos mesmos em microscópio eletrônico de varredura (MEV) 
para conclusão total do estudo. Obtivemos sucesso na realização do processo de síntese, 
em uma breve análise em microscópio ótico foi constatado que houve alteração na 
estrutura em decorrência dos diferentes tempos de oxidação, comprovando assim a 
eficiência da nova rota química. 
 
4. REFERÊNCIAS 
 
FAPESP. O Grafeno e Seus Desafios . Disponível em: https://revistapesquisa.fapesp.br/o-
grafeno-e-seus-desafios/. Acesso em: 22 mai. 2020. 
INBEC. O que é Grafeno e Quais Suas Aplicações na Construção Civil? . Disponível em: 
https://www.inbec.com.br/blog/o-que-grafeno-quais-suas-aplicacoes-construcao-
civil. Acesso em: 22 mai. 2020. 
JEONLINE. Especialistas Debatem Propriedades e Aplicações do Gráfico na 
FIESP . Disponível em: https://jeonline.com.br/noticia/19169/especialistas-debatem-propriedades-e-aplicacoes-do-grafeno-na-
fiesp#:~:text=O%20termo%20grafeno%20foi%20usado, % C3% A0% 20dupla% 20liga% 
C3% A7% C3% A3o% 20da% 20subst% C3% A2ncia .. Acesso em: 22 mai. 2020. 
 
 
ISSN: 2316-2317 Revista Eletrônica Multidisciplinar - FACEAR 8 
 
OLIVEIRA, Morgana De; POLETTO, Matheus; SEVERO, Tiago Cassol. Rota Química para 
Produção de Óxido de Grafeno e Partida de Oxidação de Grafite Comercial. Revista 
Interdisciplinar de Ciência Aplicada , Caxias do Sul, v. 3, n. 6, p. 1-5, dez./2018. Disponível 
em: <http://www.ucs.br/etc/revistas/index.php/ricaucs/article/view/6924>. Acesso em: 22 
mai. 2020. 
TODAMATÉRIA. Grafeno . Disponível em: 
https://www.todamateria.com.br/grafeno/#:~:text=Grafeno%20%C3%A9%20um%20nanoma
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20aplicabilidade% 20do% 20grafeno% 20est% C3% A1,% 2C% 20telecomunica% C3% A7% 
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UFRGS. Novo Processo de Produção de Grafeno a Partir de Grafite . Disponível em: 
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