Abacaxi, casca de batata e outros alimentos podem provocar revolução tecnológica na indústria eletrônica. A tecnologia a laser abre caminho para o grafeno verde.

Por ser leve, flexível, quase transparente, excelente condutor de calor e eletricidade e cerca de 200 vezes mais resistente que o aço, o grafeno é considerado um material que pode provocar uma revolução tecnológica na indústria eletrônica. Entre os desafios para seu desenvolvimento e aplicações está sua produção a partir de fontes renováveis.

Isso pode ser feito por meio da tecnologia de grafeno induzido por laser verde (gLIG), que foi o foco de um estudo publicado na revista Applied Physics Reviews , de autoria de cientistas brasileiros e portugueses.

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Esta tecnologia abre caminho para a fabricação de dispositivos simples, sustentáveis ​​e de baixo custo, baseados em fontes de carbono abundantes e renováveis ​​como madeira, folhas, cortiça, casca e celulose. Assim, contribuirá para a redução do lixo eletrônico, também conhecido como lixo computacional ou lixo eletrônico. Esses termos são usados ​​para designar dispositivos que são alimentados por eletricidade ou baterias.

O grafeno induzido por laser (LIG) abre a possibilidade de produção simples, econômica e escalável de componentes tecnológicos”, relata o engenheiro de materiais Pedro Ivo Cunha Claro, um dos autores do artigo escrito durante sua pós-graduação na Universidade de São Carlos ( UFSCar) e a Universidade NOVA de Lisboa (UNL). O pesquisador lembra que nos últimos anos tem havido pesquisas cada vez mais extensas sobre o grafeno induzido por laser verde (gLIG) para integração em diversas aplicações eletrônicas, como supercapacitores, sensores, eletrocatalisadores e nanogeradores triboelétricos.

As técnicas de processamento assistido por laser surgiram como ferramentas poderosas para uma infinidade de aplicações, desde o processamento de materiais até a fabricação de dispositivos”, afirma Claro, que atualmente é analista de Desenvolvimento Tecnológico do Centro Nacional de Pesquisas em Energia e Materiais ( CNPEM ) em  Campinas , SP .

Segundo ele, diversos sistemas baseados em gLIG para armazenamento de energia, eletrocatálise, tratamento de água e sensores já foram relatados na literatura. Além disso, a gLIG foi proposta para formular corantes ou para ser incorporada em matrizes poliméricas, a fim de expandir ainda mais seu uso para substratos não baseados em carbono ou aplicações onde a Lig original não pode ser usada diretamente.

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“Suas propriedades mecânicas e físico-químicas, como alta capacidade de resistência mecânica e condutividade elétrica, o tornam um material com enorme potencial de aplicabilidade tecnológica em diversas áreas”, afirma o engenheiro.

Menos lixo eletrônico

O gLIG pode desencadear uma revolução tecnológica na forma como os circuitos integrados e componentes eletrônicos são produzidos. Com isso, a tecnologia poderá reduzir o lixo eletrônico, que prejudica tanto o meio ambiente quanto a saúde humana por conter aditivos tóxicos ou substâncias perigosas como o mercúrio. O próprio processo de obtenção do gLIG é mais limpo, pois não utiliza reagentes tóxicos ou métodos tradicionais.

Em 2019, o lixo eletrônico atingiu um recorde de 53,6 milhões de toneladas métricas globalmente, um aumento de 21% em cinco anos, de acordo com a terceira edição do  Global E-waste Monitor 2020 das Nações Unidas . O Brasil lidera a geração de lixo eletrônico entre as nações de língua portuguesa com 2.141 toneladas (leia aqui ).

Além de Pedro Claro, o paper é da autoria dos   pesquisadores  da Embrapa Instrumentação , Luiz Henrique Capparelli Mattoso e  José Manoel Marconcini , e da professora Elvira Maria Fortunato, da Universidade Nova de Lisboa (UNL), atual ministra da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior de Portugal.

Mattoso, que assessorou a Claro no Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio (LNNA) da Embrapa, em São Carlos, SP, diz que as recentes descobertas abrem caminho para a elaboração de eletrônicos verdes escaláveis ​​e de baixo custo: uma verdadeira revolução tecnológica. “É possível aplicar gLIG em diferentes substratos, visando o desenvolvimento de materiais eletrônicos comestíveis e vestíveis. A gLIG pode ser extraída de restos de madeira, folhas, cortiça e carvão, e outras fontes naturais, permitindo o desenvolvimento de plataformas flexíveis e sustentáveis ​​como alternativa às tecnologias convencionais”, afirma o investigador, especialista em nanotecnologia.

“Conseguimos usar a tecnologia LIG para projetar circuitos à base de grafeno convertendo cadeias de carbono associadas a qualquer biopolímero ou material celulósico, o que se traduz em uma grande melhoria nos recursos necessários para desenvolver bioeletrônica sustentável que contribui para o bem-estar dos cidadãos e conforto”, relata o coordenador do Centro de Pesquisa de Materiais da UNL (Cenimat), Rodrigo Martins, que também participou do estudo.

Cortiça, madeira e até folhas podem ser matéria-prima

Mattoso, responsável pela introdução da revolução tecnológica da nanotecnologia e dos estudos com novos materiais na agricultura brasileira, explica que a cortiça (casca do sobreiro) é um substrato que tem despertado muito interesse e é considerada uma fonte promissora de gLIG, pela possibilidade de sendo um material híbrido que permite flexibilidade e leveza.

A Claro diz que tais substratos podem ser convertidos diretamente em gLIG, principalmente pelo alto teor de lignina presente em sua composição. O cientista esclarece que o maior teor de lignina é mais propício para a produção de gLIG de maior qualidade, dada a possibilidade de selecionar o precursor bruto mais adequado para cada aplicação de destino e de adaptar as funções químicas e condutivas dos padrões de gLIG resultantes.

“Do ponto de vista ambiental e econômico, tais meios podem ser um dos materiais mais versáteis da natureza, com características intrínsecas extraordinárias como biodegradabilidade, impermeabilidade, leveza e resistência a diferentes condições térmicas, proporcionando novas funcionalidades além de seu uso já consolidado na fabricação de rolhas de vinho”, detalha Claro.

Já a madeira tem potencial para produzir gLIG devido à sua superfície uniforme e lisa, o que permite uma fácil padronização de diferentes arquiteturas de eletrodos. No entanto, sua aplicabilidade é limitada devido à rigidez e decomposição da estrutura lignocelulósica após o escaneamento a laser. No entanto, mostra grande promessa para dispositivos eletrônicos que não possuem grandes requisitos mecânicos.

Outra fonte natural de matéria-prima apontada pelo pesquisador é o carvão, rocha sedimentar orgânica rica em carbono e produzida pela compactação e endurecimento de restos vegetais alterados.

Folhas de plantas podem, por sua vez, ser aplicadas a dispositivos vestíveis, mas sua processabilidade é limitada por seu tamanho e resistência mecânica, bem como devido à degradação ao longo do tempo.

Com Embrapa

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(Tatiane Bertolino/Sou Agro)