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Grafeno: a nova revolução dos materiais e do calçado?

ZARO, Milton Antônio1 e OLIVEIRA, Luiza Rosa de1

1 Instituto Brasileiro de Tecnologia do Couro, Calçado e artefatos (IBTeC)

Resumo

O presente trabalho descreve suscintamente o que é o grafeno, suas aplicações e, principalmente, o que pode ser feito com ele na área do calçado. Estão sendo lançados muitos produtos comerciais com o grafeno como componente crítico devido às suas múltiplas características, propriedades física e químicas e suas utilidades: de travesseiros com efeito memória (não deformam permanentemente) a fluídos anticorrosivos comercializados em forma de spray. Inevitavelmente, o grafeno chegou ao calçado. A Inov-8 em parceria com a Universidade de Manchester desenvolveu um tênis de corrida com grafeno que apresenta um desempenho 50% superior em algumas propriedades mecânicas. Botas de segurança, de escalada, usos em terrenos adversos, e outras aplicações estão sendo produzidas tendo como um dos componentes o grafeno para aumentar a performance.

Palavras-chave: grafeno, calçado, performance

Abstract

In this work it is described the graphene, the new wounder of the materials, its aplications in many comercial products. This crictical componente has multiple uses: from pillows (with memory effects - do not deform permanently) to anticorrosion fluids in spray form. Graphene also is used in footwear; Inov-8 in partnership with the university of Manchester developed a running shoe with 50% more of some mechanical properties. Australia is producing boots for security applications, climbing, walking on complex terrais (stones, basically), using graphene for increasing performance.

Keywords: grapheme, shoes, performance

Revisão de literatura

O grafeno é considerado por muitos a grande maravilha do momento e do futuro; centenas de aplicações já foram mapeadas e seus benefícios são indiscutíveis. O grafeno é derivado da grafita (carbono) e, segundo o site https://sistemas.anm.gov.br/publicacao/mostra_imagem.asp? DBancoArquivoArquivo=6378, as reservas brasileiras são enormes.


“Grafita natural é de origem metamórfica, normalmente encontrada em xistos, gnaisses e filitos, como veios, lentes, bolsões ou disseminações. Representa uma das três formas alotrópicas do Carbono encontradas na natureza, juntamente com o carvão e o diamante. As reservas mundiais de grafita são relativamente pouco detalhadas, mas as informações oficiais totalizam 131,4 milhões de toneladas; 45,3% (reservas lavráveis de 59,5 milhões de toneladas) localizadas no Brasil. Há ocorrência de grafita natural em quase todos os estados brasileiros, mas as reservas economicamente exploráveis estão localizadas, principalmente, nos estados de Minas Gerais, do Ceará e da Bahia. No Estado de Minas Gerais ficam localizadas as principais reservas lavráveis”.


A ideia de existência do grafeno foi desenvolvida já em 1947, mas somente se tornou viável como produto concreto em 2004, quando dois cientistas russos, Andre Geim e Konstantin Novoselov, vencedores do Nobel por sua descoberta, trabalhando na universidade de Manchester na Inglaterra testaram o grafeno em substituição ao silício, elemento muito usado na construção de componentes eletrônicos (semicondutores).


Os resultados obtidos foram promissores e as pesquisas avançaram; novas propriedades foram sendo descobertas, em especial a condutividade elétrica do produto, a partir de material muito fino, chegando na espessura de apenas uma camada de átomos de carbono. A Figura 1 nos dá uma ideia da organização atômica dos átomos de carbono que formam o grafeno.

Figura 1: Estrutura atômica do grafeno: átomos de C organizados em forma

hexagonal (https://br.images.search.yahoo.com/)

A grafita é um grande amontoado de camadas de carbono umas sobre as outras; um dos processos de se obter uma única camada é chamado de esfoliação. Graças ao grafeno, os telefones celulares poderão ser muito mais finos e dobráveis, como mostra a Figura 2.


Figura 2: Flexibilidade do grafeno (https://br.images.search.yahoo.com)

As possibilidades de uso do grafeno foram logo sendo percebidas: finas membranas de grafeno podem ser utilizadas para filtrar água salgada, por exemplo. Algumas propriedades interessantes do grafeno:

- Resistência mecânica por volta de 200 vezes maior do que a do aço;

- Dureza maior que a do diamante;

- A espessura de 1mm corresponde a 3 milhões de camadas de grafeno; 1 milhão de vez mais fino que um fio de cabelo;

- Alta condutividade térmica;

- Maior condutividade elétrica de todos os materiais existentes;

- É possível ver uma camada de átomos a olho nu; é incrivelmente transparente como mostra a Figura 2;

- Apesar da alta resistência mecânica e dureza, pode ser esticado de modo a aumentar de comprimento em 25%;

- Essas características podem ser aprimoradas num dispositivo do tipo telefone celular e carregá-lo em 5s;

- É impermeável e altamente flexível.


O Brasil também acordou para esse material; a universidade Mackenzie, em São Paulo/SP, junto com a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), investiu cerca de R$ 100 milhões para pesquisar a produção e aplicação do grafeno. O site https://industriahoje.com.br/aplicacoes-do-grafeno-sao-ilimitadas mostra que outros pesquisadores brasileiros também fazem pesquisa com grafeno.


“No entanto, com tantas pesquisas já realizadas, uma surpreendente propriedade do grafeno permanecia ignorada. Foi descoberta por pesquisadores brasileiros em estudo publicado em Scientific Reports, do Grupo Nature: Giant and Tunable Anisotropy of Nanoscale Friction in Graphene. Trata-se da enorme anisotropia - apresentação de propriedades que variam conforme a direção - exibida pelo grafeno quando este é “varrido” em diferentes direções pela ponta do microscópio de força atômica (atomic force microscope AFM).”


Atualmente existem centenas de produtores de grafeno comercialmente no mundo todo. Uma pesquisa na internet mostrará toda uma gama de fabricantes com seus produtos e aplicações. Um site mostra 35 possíveis aplicações do grafeno: https://exame.abril.com.br/ciencia/35-usos-que-mostram-porque-o-grafeno-e-algo-revolucionario.

Algumas possíveis aplicações são:

- Segundo a empresa Head, uma das maiores fabricantes de raquetes de tênis, o material permite a melhor distribuição do peso e dá mais velocidade ao saque;

- papel antibactérias para embalar alimentos foi desenvolvido na Universidade de Xangai. Ele é permeável à água e não permite o crescimento de micro-organismos;

- Preservativos mais eficientes (Figura 3);

Figura 3: Preservativos com grafeno: impermeáveis. Estão sendo produzidos

com auxílio da Fundação Bill e Melinda Gates

- Recarga de baterias: previsão de 5s para carga completa;

- Possibilitar desenvolver um menor transmissor de frequência modulada que existe;

- O site https://brasilisnet.com/20-maneiras-de-como-o-grafeno-pode-mudar-o-mundo mostra que “Os mesmos pesquisadores que ganharam o Prêmio Nobel pelo isolamento do grafeno, André Geim, da Universidade de Manchester, e colegas, mostraram que o grafeno pode ser usado para produzir geradores elétricos movidos a hidrogênio extraídos do ar”;

- Desenvolver lâmpadas extremamente finas;

- Coletes à prova de balas com apenas duas camadas de grafeno;

- Lente de contato de grafeno que permite ao usuário visualizar todo o espectro infravermelho (calor), além de luz visível e ultravioleta;

- Outras aplicações: reparo de aviões, líquidos anticorrosivos em forma de spray, melhorar a qualidade dos fones de ouvido, aumentar a velocidade de transmissão de dados, acelerar o desenvolvimento de dispositivos para a indústria aeroespacial, melhorar o rendimento de painéis solares, dentre outros.


No que tange à indústria calçadista, foi lançado um tênis de corrida pela Inov-8, fabricante de material esportivo da Inglaterra, em parceria com a Universidade de Manchester onde o grafeno foi desenvolvido. O cabedal do calçado em geral poderá também ser acrescido do grafeno produzindo um material impermeável, muito mais durável, flexível e confortável.


O grupo Versarien, empresa gigante que produz materiais de tecnologia avançada, fez parceria com a Vivobarefoot para desenvolvimento de um calçado. Outras iniciativas no setor calçadista estão surgindo, como o grupo italiano FADEL, que fez parceria com o Istituto Italiano di Tecnologia (IIT).

Figura 4: Calçado com melhor transferência térmica desenvolvido pela FADEL

Os testes de laboratório desenvolvidos pela FADEL mostram que ocorre uma melhor distribuição do calor, impermeabilidade, efeito antibacteriano e um sistema de ventilação superior. Esse protótipo foi mostrado na Feira de Milão, 2017.


O site https://www.divaholic.com.br/tecnologia/ descreve que o material têxtil de grafeno produzido é durável e lavável, com suavidade aceitável. O revestimento rGO aumentou a resistência à tração do tecido de algodão e também a flexibilidade devido ao aumento da tensão na carga máxima. Nós demonstramos a aplicação potencial desses tecidos eletrônicos de grafeno para tecnologia vestível criando um sensor de monitoramento de atividade física…”.


O Instituto Brasileiro de Tecnologia do Couro, Calçado e Artefatos (IBTeC), pioneiro na pesquisa em calçados (e vestuário) na América Latina, busca parceiros para desenvolver uma família de calçados à base de grafeno.

https://www.nanowerk.com/graphene_manufacturers_and_suppliers.php é um site que mostra cerca de uma centena de produtores e comercializadores de grafeno, com as mais variadas aplicações.

Bibliografia

1.https://www.nanowerk.com/graphene_manufacturers_and_suppliers.php

2.https://www.divaholic.com.br/tecnologia

3.https://brasilisnet.com/20-maneiras-de-como-o-grafeno-pode-mudar-o-mundo

4.https://exame.abril.com.br/ciencia/35-usos-que-mostram-porque-o-grafeno-e-algo revolucionario

5. https://industriahoje.com.br/aplicacoes-do-grafeno-sao-ilimitadas

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