O que é grafeno?
Dez vezes mais forte que o aço, mais fino que o papel, o grafeno ( graphene) pode ser o futuro da tecnologia na utilização pela construção e um marco para a engenharia civil O grafeno está em uma categoria conhecida como material bidimensional (2D). É um floco feito de carbono e tem apenas um átomo de espessura. Esta monocamada de átomos de carbono é organizada em uma rede na forma de favo de mel 2D, ilustrada na figura abaixo, entre outros materiais à base de grafeno. As propriedades únicas do grafeno são o que o torna uma perspectiva tão empolgante que, se realizada em larga escala, pode trazer benefícios para a sociedade. Suas propriedades eletrônicas, como a mobilidade da portadora e a densidade de corrente, excedem muitos outros condutores em uso atualmente. É também um condutor de calor eficaz, com uma condutividade térmica que é várias vezes maior que o cobre. Na forma 2D, é o material mais forte conhecido e além disso tem propriedades de um material que é 98% transparente.
É sempre arriscado fazer afirmações amplas sobre a história, mas uma das poucas coisas que parece se confirmar é que os avanços tecnológicos impulsionam o curso da civilização. O bronze e o ferro eram tão cruciais para a disseminação das sociedades antigas que eles tiveram épocas inteiras batizadas em sua homenagem. Com a ascensão da indústria siderúrgica americana, os trilhos da ferrovia se espalharam do Atlântico ao Pacífico, veios de metal que transportavam o sangue de uma nação. Os semicondutores de silício permitiram o crescimento de computadores e o maior surto de tecnologia da informação desde a impressão. Esses materiais moldaram o desenvolvimento da sociedade e ajudaram a determinar quais países dominavam as relações internacionais.
O grafeno tem muitas propriedades incomuns. É o material mais forte já testado, conduz calor e eletricidade eficientemente e é quase transparente.
Grafeno no Brasil
No Brasil, o Estado de Minas Gerais anunciou um investimento de R$ 21 milhões para a instalação da primeira planta-piloto para produção de grafeno do país. Cada grama de grafeno custa cerca de US$ 100 no mercado internacional. A tonelada de grafeno custa cerca de 500 vezes mais do que a de grafite. De acordo com Valdirene Peressinotto, coordenadora do projeto na Codemig, o desafio da planta-piloto é conduzir para escala maior, com preço e qualidade mais competitivo.
Segundo Adelina Pinheiro, pesquisadora do laboratório de química de nanoestruturas de carbono do Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear, o ideal é que o grafeno chegue a custar apenas dez vezes mais que o grafite. Ele tem propriedades bastante específicas, como isolar bem a umidade e o oxigênio, facilitando a conservação de alimentos, pode ser usado em embalagens e revestimentos. Também pode ser utilizado em setores que ajudarão a detectar doenças por meio de saliva e sangue.
Aplicações
Nenhum outro material tem a amplitude de superlativos que ele possui, tornando-o ideal para inúmeras aplicações.
- É muitas vezes mais forte que o aço, mas incrivelmente leve e flexível.
- É eletricamente e termicamente condutivo, mas também transparente.
- É o primeiro material 2D do mundo e é um milhão de vezes mais fino que o diâmetro de um único fio de cabelo humano.
Áreas de aplicação
Transporte, medicina, eletrônica, energia, defesa, dessalinização; a gama de indústrias onde a pesquisa de grafeno está causando impacto é substancial. E isso é apenas o começo. Estes são apenas os primeiros passos. O potencial do grafeno é ilimitado.
Grafeno na construção
Há um potencial fenomenal para o grafeno ser usado na engenharia civil. Paredes, iluminação, painéis de toque, sensores, geradores, baterias e painéis solares podem ser afetado. No entanto, a pesquisa inicial se concentrou na indústria eletrônica, onde pequenas quantidades podem ser usadas com grande eficácia.
Utilização do grafeno na engenharia civil :
1.Transformando a água suja em água potável
Engenheiros da Universidade de Washington em St. Louis EUA, descobriram uma maneira de usar folhas de óxido de grafeno para transformar água suja em água potável. “Esperamos que em países onde haja muita luz solar, como o Brasil, você possa pegar água suja, evaporar usando material desenvolvido com grafeno e coletar água fresca”, disse Srikanth Singamaneni, professor associado de engenharia mecânica e materiais.
A nova abordagem combina celulose produzida por bactérias e óxido de grafeno para formar um biofoam de duas camadas . “As propriedades deste material de espuma que sintetizamos possuem características que melhoram a captação de energia solar. Assim, é mais eficaz na limpeza da água ”, disse Pratim Biswas, o professor Lucy e Stanley Lopata e presidente do Departamento de Energia, Engenharia Ambiental.
2. LEDs de longa duração
Com lançamento previsto para este ano, os LEDs serão um dos primeiros produtos de grafeno comercialmente disponíveis. A lâmpada é reivindicada a ter menores emissões de energia e custos de fabricação, e uma vida útil mais longa do que as lâmpadas LED tradicionais. O díodo da lâmpada regulável é revestido em grafeno, por isso conduz de forma mais eficaz.
3. Tinta impermeável
Ele pode ser combinado com o oxigênio para criar o óxido de grafeno. O óxido de grafeno é usado em tintas para dar praticamente a qualquer material, é um revestimento ultra forte e não corrosivo.
As excepcionais propriedades do material permitem que uma fina camada de tinta de grafeno torne a superfície impermeável, fornecendo proteção contra o ar, elementos climáticos ou produtos químicos corrosivos.
4. Aço à prova de corrosão
Aços revestidos com grafeno estão sendo desenvolvidos para reduzir drasticamente os danos causados por água e produtos químicos corrosivos para aumentar sua vida útil.
O fato de ser 10 vezes mais forte que o aço é uma das características mais impressionantes do grafeno, então não é surpresa que as empresas queiram tirar vantagem disso. Há uma enorme quantidade de pesquisas sendo realizadas em aço, no entanto, como um material estrutural, como concreto, terá que passar por testes exaustivos antes da aprovação, então outras propriedades do grafeno são susceptíveis de ser explorado antes de sua força.
A força, a flexibilidade e a condutividade elétrica dele atraíram vários fabricantes de telefones celulares, entre os quais a Samsung, investiu muito no lançamento da primeira tela sensível ao toque baseada em grafeno.
As telas sensíveis ao toque podem ser integradas em um prédio e, à medida que os custos de produção diminuem, pode ser possível aprimorar essa tecnologia transparente para cobrir janelas inteiras. O arquiteto do Instituto Nacional de Grafeno investigou ter um painel interativo em sua janela de visualização da rua.
5. Painéis solares de pulverização
No futuro, podemos ver células solares pulverizadas em uma superfície. As células fotovoltaicas feitas de camadas de material semi-condutor e grafeno. Ele é transparente e altamente condutor, têm o potencial de duplicar a quantidade de energia convertida em um painel. No entanto, o material não é muito bom para coletar a corrente elétrica produzida dentro de uma célula, então esta é a área onde a pesquisa está sendo focalizada atualmente.
6. Concreto auto-limpante
A introdução do grafeno no concreto pode ter o potencial de aumentar a força do material a longo prazo.
No entanto, a curto prazo, é mais provável que ele seja usado para melhorar a aparência e o desempenho ambiental do concreto. A pesquisa está sendo realizada em concreto que é auto-limpante ou poderia beneficiar o meio ambiente.
Concreto injetado com grafeno pode fazer das fachadas escurecidas e manchadas uma coisa do passado. Suas características impermeáveis do nano material impediriam que as superfícies coletem sujeira.
O concreto que contém grafeno não apenas se limparia, mas também teria o benefício de limpar o ar ao redor. Ele cria um ambiente catalítico que decompõe moléculas nocivas maiores em compostos inofensivos para reduzir a poluição.
7. Concreto de grafeno
Recentemente, os cientistas usaram grafeno para criar um novo tipo de concreto que é muito mais forte, resistente à água e mais ecológico do que o que estamos acostumados a usar na construção de casas e edifícios.
Para fazer o concreto de grafeno, uma equipe da Universidade de Exeter, na Grã-Bretanha, inventou uma técnica para suspender os flocos de grafeno na água e depois misturou a água com ingredientes tradicionais de concreto, como cimento e outros agregados. De acordo com o estudo publicado pelos especialistas, o processo é barato e compatível com os requisitos modernos de fabricação em larga escala.
O concreto melhorado com grafeno teve um aumento de 146% na resistência à compressão em comparação com o concreto comum, um aumento de 79,5% na resistência à flexão e uma diminuição na permeabilidade à água de quase 400%. O material está em conformidade com os padrões britânicos e europeus de construção e seu custo é um pouco maior.
7.1. Aditivos de Grafeno para concreto
Devido a identificação em pesquisas do alto módulo de elasticidade das nanopartículas do grafeno, quando utilizado em aditivos para o concreto oferece melhora considerável de resistência de barreira a entrada devido a redução da absorção e penetração da água bem como características de durabilidade, tenacidade e a proteção contra a corrosão no interior do concreto.
Concreto mais forte e resistente
As nanopartículas de grafeno são partículas planas que consistem em múltiplas camadas de grafeno. Quando adicionadas ao cimento, as nanopartículas de grafeno resultarão em concreto com uma estrutura de grãos mais uniforme e menor. Esta estrutura de grão fino e uniforme proporciona ao concreto melhorias impressionantes tanto na resistência à flexão quanto à compressão. Além disso, as nanopartículas de grafeno embutidas impedirão que as rachaduras se formem e retardarão a propagação de rachaduras para aqueles que possam se formar – uma dupla ação para melhorar muito a vida útil e a durabilidade.
Redução da absorção e penetração de água
As nanopartículas de grafeno estão uniformemente dispersas e alinhadas aleatoriamente dentro dos ligantes cimentícios – criando um caminho tortuoso para as moléculas de água que tentam penetrar na matriz de concreto. A adoção do aditivo como parte da sua composição reduzirá bastante as chances de umidade e, ao mesmo tempo, reduzirá os efeitos prejudiciais causados pela propagação da umidade.
Durabilidade e Tenacidade
Uma vez que o aditivo com grafeno é misturado ao concreto, as nanopartículas efetivamente deterão a formação de microfissuras. As plaquetas são largas e finas. Quaisquer rachaduras que se formem tendem a terminar assim que entram na plaqueta. O uso do aditivo também cria uma estrutura de célula de concreto de grão fino e durável, melhorando o desgaste e a vida útil sob carga mecânica.
Proteção contra a corrosão
Contaminantes como sal, sulfetos e cloretos são maus agentes que contribuem para a corrosão do concreto, redução do desempenho e menor durabilidade. Esses contaminantes são freqüentemente dissolvidos em água. Portanto, manter a água fora mantém outros contaminantes. O uso de aditivo com grafeno reduzirá a absorção e propagação de água, o que significa menos contaminantes, e proporcionará menor deterioração e maior vida útil.
Se você conhece outros produtos ou pesquisas que envolvem novas tecnologias para construção civil, comente aqui e de sua opinião sobre o futuro do grafeno no setor.
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