Revista Grafeno Edição Dezembro 2024 - Nº10

no 10 | dezembro 2024

SEGUNDO ENCONTRO NACIONAL DO FÓRUM GRAFENO GRAFENO ENFIM CHEGA AO MERCADO INOVAÇÃO COM FOCO EM DEMANDAS DO MERCADO EM APLICAÇÕES DO GRAFENO RESISTOR A PARTIR DE MASTERBATCHES POLIMÉRICOS BASEADOS EM GRAFENO E NANOTUBOS DE CARBONO BIOGRAPH: UM NOVO MÉTODO DE OBTENÇÃO DE GRAFENO H2SAFE: SENSOR PIEZORESISTIVO À BASE DE ÓXIDO DE GRAFENO PARA DETECÇÃO DE HIDROGÊNIO BANCO DE DADOS RELACIONAL INOVADOR PARA O “FÓRUM GRAFENO” NANOPLACAS DE GRAFENO: A NOVA GERAÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS POLIMÉRICOS QUANTIFICANDO O NÚMERO DE CAMADAS DE DIFERENTES GRAFENOS

VEJA TAMBÉM GALERIA DE FOTOS DO SEGUNDO ENCONTRO NACIONAL DO FÓRUM GRAFENO

III ENCONTRO NACIONAL

FÓRUM GRAFENO Missão

Estabelecer uma rede brasileira de metrologia do produto grafeno primário e processado em território nacional que padronize os testes, certifique a garantia da qualidade e as informações geradas no universo do produto grafeno.

27/28 Novembro, 2025

Evento presencial no Rio de Janeiro

Objetivo Reconhecimento da demanda nacional em fabricação e aplicação de grafeno via padronização das formas de testar e dos especificar as características produtos, com foco na homologação dos mesmos e na qualificação dos equipamentos e laboratórios de testes brasileiros.

Programação Regulação de mercado e avaliação da conformidade; Homologação de misturas e produtos contendo grafeno; Painés temáticos por segmento: plásticos, eletrônica, cimento, tintas e lubrificantes; Nanosaúde e nanosegurança; Cenário global grafeno e inserção dos produtos brasileiros;

conteúdo | no 10 | dezembro 2024

SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Técnicos Eireli - (19) 3288-0437 Rua Ipauçu, 178 - Vila Marieta, Campinas (SP) www.sfeditora.com.br

COLUNAS Editorial

Marco Antonio Colosio - Editor Chefe, marcocolosio@gmail.com

por Marco Antonio Colosio

Udo Fiorini Publisher – Diretor Comercial, Co-editor Chefe, udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789

Coluna

Marcelo Alexandre Tirelli - Direção Técnica, dr.marcelotirelli@gmail.com

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por Benedito G. Aguiar Neto e Marcelo S. Oliveira ­

Geisi Barreto - Direção de Marketing, geisi.barreto@gmail.com

Coluna

Jéssica Carboni - Vendas, Marketing, Redação, Diagramação • jessica@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437 • (19) 98748-3744

ANUNCIANTES

Fórum Grafeno - INMETRO

02

www.gov.br/inmetro/pt-br

ABCarb

03

CTNANO

05

INSIGHT GRAFENO

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FabNS

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Hexo Graphene

30

Manufatura Aditiva - Curso Online

42

SOMA - Montana Quimica

48

MackGraphe

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Granioter

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Fórum Grafeno - Grupo Aprenda

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Biograph

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www.abcarb.org.br www.ctnano.org

www.fabns.com.br www.hexographene.com.br Contato@grupoaprenda.com.br

7

www.montana.com.br www.mackenzie.br

www.gov.br/cdtn/pt-br contato@grupoaprenda.com.br www.biographbrasil.com.br

4 | dezembro 2024 | Revista Grafeno

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por Fernando Galembecks

Coluna

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por Marcos Santos

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Coluna

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por Maria do Carmo Rodriguez ­ ­

Coluna

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por Camila Duarte, Thatiana Macedo, Jamile Vieira, Rodrigo S. Coelho.

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Coluna

por Marcelo Tirelli

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conteúdo | no 10 | dezembro 2024

ARTIGOS Fabricação de resistor padrão a partir de masterbatches poliméricos baseados em grafeno e nanotubos de carbono

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Biograph: Um novo método de obtenção de grafeno

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por Fabiele Collovini Tavares, Patrick Ventura, Rogério Valaski, Rômulo Fratari, Claudemir Gracino, Giuliana De Mitri Luiz, Irina Marinho Factori e Joyce Araújo A substituição de materiais metálicos por polímeros em aplicações industriais tem sido uma tendência crescente nas últimas décadas. por Jéssica M. Luzardo, Douglas S. Rocha, Alana M. Cordeiro, Erica Ferreira, Hugo Sousa, Tiago Hilário e Joyce R. Araujo O grafeno, um dos materiais mais promissores do século XXI, possui propriedades excepcionais que o tornam altamente desejável em diversas aplicações industriais e tecnológicas.

H2Safe: Desenvolvimento de um sensor Piezoresistivo à base de óxido de grafeno para datecção de hidrogênio por Tamires Martinhão, Giovanna Santana e Joyce Araujo O mercado global de armazenamento e distribuição de hidrogênio está em uma trajetória de crescimento impressionante, projetado para saltar de US$ 9,5 bilhões em 2020 para cerca de US$ 65,6 bilhões até 2031.

Modelagem e desenvolvimento de um banco de dados relacional inovador para o “FÓRUM GRAFENO”

por Samuel Sampaio Diniz, Alexei Kuznetsov, Jailton Damasceno, Joyce Rodrigues de Araújo - INMETRO - Xerém�RJ Desde sua fundação em 2022, o Fórum Grafeno tem se consolidado como um ambiente de discussão e troca de conhecimento, reunindo Instituições de Ciência & Tecnologia (ICT’s), indústrias e startups, interessados em explorar as infinitas possibilidades do grafeno, que possui propriedades que o tornam essencial em setores como eletrônica, energia e biomedicina, e que, além disso, segundo o relatório da Mordor Intelligence, tem um valor de mercado estimado em US$ 4,84 bilhões até 2029.

Com a alavanca do FÓRUM GRAFENO, o GRAFENO en�im chega ao Mercado

por Joyce Araujo Após um ano de trabalho intenso, chegamos aos dias tão esperados em que aconteceu o “Segundo Encontro Nacional do Fórum Grafeno”.

Galeria de fotos do Encontro Nacional do Fórum Grafeno Nanoplacas de Grafeno Renováveis como Carga de Reforço: A Nova Geração de Nanocompósitos Poliméricos

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36 48 55

por Sanair Massafra de S. Palheta�, Iann Micael dos Santos M. de Almeida�, Romulo Q. Fratari�, Giuliana De Mitri Luiz � , Irina Marinho Factori �, Joyce Rodrigues de Araújo�.

Os nanocompósitos poliméricos, compostos por matrizes poliméricas reforçadas com nanocargas como óxido de grafeno, nanotubos de carbono e nanoplacas de grafeno (GNPs), têm atraído grande atenção devido ao seu potencial de melhorar propriedades mecânicas, térmicas e elétricas dos polímeros.

Quantificando o número de camadas de diferentes tipos de Grafenos

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Um modelo de transformação do conhecimento em inovação com foco em demandas do mercado

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por Karoline Charles B. Martins�, Jéssica M. De Mélo Luzardo�, Joyce Rodrigues De Araújo� Este trabalho realizou a caracterização dimensional do óxido de grafeno (GO), candidato a material de referência certificado (MRC) e do biografeno, produzido de forma sustentável a partir de lignina.

por Aguiar Neto, B.G� Oliveira, M.S� Fechine, G.J.M Uma visão de vanguarda do Mackenzie torna realidade um projeto inovador de pesquisa e desenvolvimento de aplicações do grafeno que coloca o Instituto de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias (MackGraphe) em posição de destaque no cenário científico e tecnológico do país.

6 | dezembro 2024 | Revista Grafeno

editorial

GRAFENO: Os fatos comprovam seus avanços!

E

stamos na décima edição da Revista Grafeno e já comemorando o crescimento sustentável que vem acontecendo em nosso país, e pretendo apresentar um pouquinho desse universo, sumarizando o conteúdo dessa tiragem.

No final de 2023, tínhamos um plano de energizar o campo do grafeno e foi assim que seguimos estrategicamente todas as etapas traçadas para sua consolidação. O foco era no grafeno puramente sem mistura, para posteriormente iniciar nos compostos e blendas. Quando o time da Revista Grafeno se aproximou da missão do INMETRO na qualificação e certificação dos produtos grafenos, o resultado não poderia ser outro a não ser a aceleração do mercado local. O auge desse trabalho culminou no evento do Fórum Grafeno no SENAI-CIMATEC-BA em novembro de 2024; ainda estamos nos perguntando por que este encontro se tornou um dos mais aplaudidos do ano; temas das próximas linhas.

Depois de tantos trabalhos de regulamentação e integração da comunidade do grafeno em solo brasileiro, acredito que estamos no caminho certo. Citarei situações e casos que precisavam e ainda precisam ser “colocados nos trilhos”, isto é, desmitificar o enredo do grafeno; nesse sentido, seguem exemplos comuns encontrados no meio: Ouvir que o grafeno do vizinho não é grafeno era uma situação bem comum por aqui; outro ponto, este material de escala monoatômica faz mal a nossa saúde? Mas como fazer uma contenção dele com uso de máscaras, se filtros não são eficientes na escala manométrica? Também, quando se tratava de produtividade, ficamos espantados nas divulgações de produções de grafeno na ordem de toneladas anos, será que estávamos falando mesmo do grafeno ou de algum subproduto dele ou da nanografita?

As inconsciências de informações praticadas no mercado não paravam por aí, tinha visto trabalhos acadêmicos que não mostravam resultados positivos; mas, o que não estava claro é se o manuseio e ou dispersão do grafeno no material hospedeiro tinha sido feita correlatamente. O problema principal era que não tinha uma palavra final para esclarecer todos esses pontos e a regulamentação do grafeno pelo Inmetro, já em fase final, deve criar o selo de qualidade, resultando no esclarecimento de muitas das perguntas acima.

Durante o primeiro dia do encontro do Fórum Grafeno, assistimos os órgãos governamentais e instituições líderes no segmento que estão na frente dessa discussão. Interessante, mas a união desses protagonistas não deixou dúvida da importância desse material para nosso país.

Ao pensar como um cliente dos produtos com grafeno do setor automotivo, digo que nos interessa a confiabilidade da aplicação do material, isto é, quanto mais desconhecido é o produto, mais critérios de controle de qualidade e testes serão executados em

nossas linhas produtivas; interessante ponto, lidei com temas de qualidade de produtos ao longo da minha vida e, portanto, critérios para liberação de um componente com uso de grafeno deveriam ser os mais críticos diante do cenário atual. Em outras palavras, “mais testes mais custo”. No momento que tivermos a regulamentação do grafeno, seus derivados e produtos finais resultará em menos custo para o cliente final.

Um dos resultados desse trabalho foi a correção da falta de integração da comunidade brasileira do grafeno que, de certa forma, atuava em silos ao redor do país; fato este, além de inibir o crescimento robusto do tema, evitava a disseminação das informações.

Percebeu-se ao longo dos dois dias de evento muito desconhecimento do que se pratica em nosso país, ou melhor, do que poderia ser praticado por aqui.

Uma parte adicional que agregou mais valor ao evento, a qual considero essencial para qualquer campo, foi os bons exemplos de inclusão dos jovens pesquisadores e uma forma de valorizar a fraternidade com um trabalho social vindo dos resultados nos ganhos com grafeno. Estes dois temas se resumem na participação de uma sociedade mais distante, a qual precisaria fazer parte desse “pequeno grande mundo em ascensão”.

Nesta edição da Revista, mantivemos nossa essência técnica e adicionamos todo o glamour do evento, com fotos, depoimentos de novos convidados e todo material que circulou nos dois dias do Fórum Grafeno.

Marco Antonio Colosio marcocolosio@gmail.com

Mentor do Núcleo Grafeno da SAE BRASIL. Diretor da Regional São Paulo da SAE BRASIL. Engenheiro Metalurgista e Doutor em Materiais pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-USP, pós-doutorado pela EESC-USP. Professor titular do curso de Engenharia de Materiais da Fundação Santo André e professor da pós-graduação em Engenharia Automotiva do Instituto de Tecnologia Mauá. Colaborador associado da SAE BRASIL com mais de 35 anos de experiência no setor automotivo nos campos de especificações de materiais, análise de falhas, P&D e inovações tecnológicas.

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Coluna

DESAFIOS DA INOVAÇÃO

N

a perspectiva de uma Instituição de Ciência e Tecnologia (ICT) os desafios de fomento na área de P&D em nanotecnologia no Brasil são multifacetados. São entraves de ordem cultural por parte dos parceiros comerciais, engessamento de algumas regras das agencias públicas de fomento, que por vezes dificultam o andamento dos próprios projetos, além dos desafios e do risco tecnológico presentes nos projetos de Pesquisa e Desenvolvimento.

As ICT´s possuem infraestrutura, recursos humanos especializados e o conhecimento técnico necessários, no entanto, a transição do laboratório para o mercado exige uma abordagem estratégica que vai além da ciência. A criação de protótipos, testes de escalabilidade e validação comercial são etapas críticas que demandam investimentos expressivos e sustentados.

Por vezes, um parceiro industrial não se interessa em investir em um projeto de P&D com recursos próprios, porque entende que o tempo mínimo para transformar uma ideia em produto, em média 36 meses, é longo demais. Na maioria das vezes, os parceiros procuram capital público, inscrevendo-se em editais abertos nas diversas agências de fomento.

Para as ICT´s valores de verbas de fomento alocadas em rubricas pré-estabelecidas, apelidadas de “verbas carimbadas” e o apoio a concessão de bolsas, são muito importantes e ajudam a custear parte dos projetos, mas não são suficientes para sustentabilidade do negócio a curto ou mesmo médio prazo. A nanotecnologia e o grafeno exigem equipamentos de ponta, cujo custo de manutenção é muito alto, por vezes valores dolarizados. Os salários de técnicos e pesquisadores são também um dos fatores que aumentam o custo de projeto. A folha de pagamento é uma das principais despesas de uma ICT. Como resultado deste cenário geral de falta de cultura de inovação, problemas com aporte de capital privado e a dificuldade em custear projetos com verbas de fomento público, o MackGraphe passou a adotar um modelo híbrido de colaboração em projetos de P&D, no qual participam, além da empresa

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demandante, um ou mais parceiros fabricantes de matéria prima ou indústrias de transformação. A lógica é unir as pontas soltas da cadeia produtiva, com ou sem investimento público. Sem a referida conexão, articulada pela ICT, algumas destas iniciativas sequer existiriam.

Uma das estratégias que o MackGraphe tem adotado é a de praticar valores mais adequados à capacidade de investimento da empresa demandante, assim, aposta em acordos futuros de exploração comercial dos resultados.

Temos obtido êxito nesta abordagem e estamos nos consolidando como um dos grandes centros de pesquisa em nanotecnologia do país.

Benedito G. Aguiar Neto

Diretor Geral do MackGraphe e Prof. de Gestão da Inovação da Universidade Presbiteriana Mackenzie

Marcelo S. Oliveira

Gerente de Projetos do MackGraphe e Prof. de Design de Produto da Universidade Presbiteriana Mackenzie

Coluna

Grafeno e Grafenos

T

enho acompanhado o intenso trabalho de divulgação e comunicação realizado pelo Grupo Aprenda, que mostra uma grande participação das pessoas, empresas e entidades mais relevantes na área, no Brasil. Um ponto alto desse trabalho foi o Fórum Grafeno, realizado em novembro passado no Cimatec, em Salvador. Este é um centro de P&D&I notável, inovador na concepção, na organização e em cada uma de suas atividades. Nenhum visitante do Cimatec deixa de ficar cativado pelo seu dinamismo e vitalidade. A presença da indústria de mobilidade no Cimatec é notável, bem como a da SAE/Brasil, que tem sido um potente motor levando o grafeno adiante, entre nós.

Em setembro passado foi celebrado o vigésimo aniversário da publicação seminal de Geim e Novoselov, mostrando a formação de lâminas de grafeno em uma experiência muito simples, que desencadeou um enorme interesse de pesquisadores, engenheiros e investidores, em todo o mundo. Uma avaliação cuidadosa do que aconteceu desde então foi publicada em matérias da revista Science, uma revista reconhecida pela sua seriedade, profundidade e rigor. Portanto, vale a pena conhecer seu conteúdo.

A matéria mostra que a aplicação industrial de grafeno é muito grande, em muitos setores industriais, mas que o grafeno que tem sido tão útil não é o mesmo de Novoselov e Geim. No sentido estrito, grafeno é formado por lâminas de espessura atômica que reúnem propriedades fantásticas: grande resistência à tração, transparência, condutividades elétrica e térmica extremamente altas. A condutividade elétrica é a mesma que a da prata, campeã nesse quesito. Essas qualidades excitaram a imaginação de milhares de pessoas, profissionais ou leigos.

Ao longo da História, novos materiais com propriedades diferenciadas sempre viabilizaram novas tecnologias.

Bronze, ferro, vidro, silício, plásticos e borrachas foram e são até hoje alicerces de notáveis avanços tecnológicos. O grafeno prometia desencadear um novo surto tecnológico, melhorando produtos, processos e todo o nosso dia a dia.

Em pouco tempo, os primeiros produtos chegaram ao mercado e alguns se tornaram sucessos. Mas aqui surge uma questão de nomenclatura: o nome grafeno foi estendido a muitos materiais, que poderíamos também chamar de nanografites, ou a derivados do grafeno, como o óxido.

Isso aconteceu porque as lâminas de grafeno como a da experiência de Novoselov e Geim têm, ao lado de suas fantásticas propriedades, algumas características que prejudicam sua aplicação. É notória a dificuldade em se adquirir grafeno “de alta qualidade”, formado principalmente por lâminas policícli-

cas. De fato, não devemos esperar que alguém consiga produzir, armazenar e embalar essas lâminas, por uma razão fundamental, bem conhecida, e irrevogável, que são as forças de Van der Waals. As lâminas são atraídas umas pelas outras, unindo-se e formando grafite. Dito de outra maneira: lâminas de grafeno têm uma elevadíssima área superficial, o que as torna instáveis com relação ao grafite.

Por isso o grafite é abundante na Natureza, mas o grafeno não é.

Mesmo assim, a atração entre as lâminas superpostas é muito menor que entre os átomos de carbono formadores dos anéis. Por isso, as lâminas escorregam muito facilmente, umas sobre as outras. Esta é a base do uso de grafite, do sulfeto de molibdênio e outros compostos lamelares, como lubrificantes. A condutividade elétrica também é anisotrópica, sendo muito menor na direção perpendicular aos anéis de carbono do que no seu plano. Situações análogas são encontradas em outras propriedades. Portanto, o grafeno monolamelar, o grafeno de verdade, não pode ser um produto industrial embalado, vendido e estocado em quaisquer embalagens de qualquer tamanho, nem é o usado em aplicações que demandam grandes volumes.

Se alguém quiser ter um produto que contenha lâminas de grafeno, precisa obter e usar o grafeno in situ, isto é, já incorporado ao produto.

Isso foi compreendido pelas grandes empresas do setor químico em todo o mundo, e explica seu desinteresse pelo grafeno, que até hoje intriga algumas pessoas.

Por outro lado, os muitos produtos multilamelares também chamados de grafeno, estão encontrando mercados importantes e produzindo inovações radicais.

A empresa em que atuo usa a marca ERG – grafite esfoliado e reorganizado – para designar dispersões de grafeno, nanografites e grafite em líquidos. Usadas como tintas, produzem revestimentos com baixíssimas resistências elétricas e várias propriedades interessantes. Uma delas é a resistência à chama, que deu a esses revestimentos a mais alta classificação possível, em ensaios normatizados realizados por instituição credenciada. Outros produtos são tintas condutoras muito usadas no reparo de LEDs, teclas de computador e outras aplicações, onde substituem solda. O ERG é bidimensional e anisotrópico, como o grafeno, mas de fato é um composto nanoestruturado onde o grafeno que existe nas dispersões está reconectado com outras lâminas.

O grafeno propriamente dito, no qual as lâminas estão separadas está agora começando a encontrar aplicações que exploram as melhores características das lâminas individuais, pelas suas dimensões. São aplicações sofistica-

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Coluna díssimas, em dispositivos de pequenas dimensões.

Os outros materiais também chamados de grafeno continuam encontrando novas aplicações e sendo incorporados ao dia a dia, em inovações radicais. Esse movimento tem crescido e promete muitos sucessos, desde que fiquemos atentos à sua anisotropia e ao conjunto de todas as suas propriedades, sem esquecer nenhuma delas, positivas ou negativas. Afinal, a atenção a todo o conjunto de propriedades de um material, sem supervalorizar algumas delas e esconder outras é apenas uma exigência da honestidade intelectual.

Eventos como o Forum Grafeno são excelentes ocasiões para discutir propriedades, aplicações e os sucessos já alcançados, além das frustrações que também são uma parte importante do processo de desenvolvimento tecnológico e de criação de novos produtos. Temos de aprender com as frustrações, e temos de nos entusiasmar com os sucessos.

Fazendo isso, avançaremos neste campo fértil.

10 | dezembro 2024 | Revista Grafeno

Fernando Galembeck É bacharel, licenciado e doutor em Química pela USP onde começou sua carreira e chegou a livre-docente em 1977, depois de pósdoutorados nas Universidades do Colorado e da Califórnia e de um estágio no Unilever Research Port Sunlight Laboratory. Mudou-se para a Unicamp em 1980, tornando-se professor titular em 1987.

Dirigiu o Instituto de Química entre 1994 e 1998, foi Coordenador Geral da Universidade e se aposentou em 2011, assumindo a direção do Laboratório Nacional de Tecnologia, do CNPEM. Sempre manteve uma atividade ninterrupta e intensa de ensino de graduação e de orientação de estudantes, expressa em uma extensa produção científica e tecnológica que foi premiada em muitas ocasiões, no Brasil e Exterior, destacando-se os prêmios Álvaro Alberto em 2005 e o prêmio Anísio Teixeira de Educação, em 2011. Em 2020, recebeu o Prêmio CBMM de Tecnologia, a sua startup Galembetech recebeu prêmios da Abiquim e Abrafati e em 2021 foi premiado como Pesquisador Emérito do CNPq, Professor Emérito da Unicamp.

Muitos dos seus estudantes destacaram-se profissionalmente, em universidades e empresas, no Brasil e no Exterior, sendo também premiados em muitas ocasiões.

Coluna

Importância do trabalho social no universo do grafeno?

O

universo do grafeno tem ganhado pouco a pouco, nos últimos anos, maior destaque nas academias(universidades), pois possuem laboratórios especiais e pesquisadores dedicados (full time); portanto, nesses dois últimos anos (2023/2024), temos notados que as empresas nacionais passaram a investir em diferentes áreas e em especial, a área da construção civil e de polímeros, criando agregadores ou master blend, ou seja compostos (*brenda) , tendo em vista que o grafeno se mostra entre os Nano matérias, o melhor, pois é uma única camada de átomos de carbono arranjados em uma estrutura hexagonal bidimensional, e que pode ser produzida de várias formas, no entanto, transformar o GRAFITE em GRAFENO tem se demonstrado mais eficiente e tendo no Brasil enormes reservas deste minério. Trazendo grandes benefícios TECNOLÓGICOS a toda cadeia produtiva de matériais, que com isso terá oportunidades de superar barreias técnicas estruturais jamais vistas, surgindo momentos ou situações DESRUPITIVAS no contexto global entre os seres humanos, haja visto testes em barras de aço, multiplicando em n vezes sua dureza e ao mesmo tempo diminuindo consideravelmente seu peso. Assim também, como por exemplo, foi a chegada da eletricidade, da telefonia, a internet em fim …. TECNOLOGIAS MUDAM PADRÕES DE COMPORTAMENTOS HUMANOS. Haverá mudanças de paradigmas? Para as pessoas ou melhor, para os seres humanos.

Qual será a mudança que teremos de confrontar SOCIALMENTE? Haverá preocupação, com os “pequeninos”. Porém, acima de tudo observarmos também, de que como serão os pequeninos (nanos) SOCIALMENTE? Neste caminho, para a consolidação da nanotecnologia brasileira, abriremos ou teremos espaço para o trabalho SOCIAL para acompanhar a adequação destas profundas mudanças?

Quais os benefícios para os “ brasileirinhos“, sejam crianças ou adultos, órfãos ou carentes? Parece que este será um grande desafio: produzir algo também altamente disruptivo no “TRABALHO SOCIAL”.

O universo do grafeno teve início oficialmente no

mundo em 2004 (russos André e konstantin); que, só em 2010, eles foram contemplados com o Nobel de física .

No Brasil, em 2005, foi criada e promulgada a lei que ficou conhecida como “LEI DO BEM “. Com objetivo de impulsionar investimentos em inovação no setor privado, com renuncia por parte do governo e conceder benefícios as empresas. Se considerarmos que o universo do grafeno irá trazer inovação em toda a cadeia produtiva; logo, toda empresa que utilizar o grafeno ou nanotecnologias será considerada de inovação.

Seja aí um raio de luz para iluminarmos nossos pequeninos e colocá-los nesse novo contexto que se vislumbra. União de estado/ciência/sociedade civil.

Com certeza, o considerado terceiro setor através das associações das nanotecnologias do grafeno que será chamado a colaborar para difundir e promover as adequações necessárias, tanto na mão de obra (operação) como nos ferramentais (equipamentos).

• Brenda -sopro do criador, espírito de vida, fecundante da terra. (Significados na bíblia).

Marcos Santos

Engenheiro Eletrônico/Telecom - INATEL - vale da eletronica - Santa Rita FAI - Santa Rita do Sapucaí Neuropsicopedagogia - CESUNPEG Gestão da Complexidade _ REFINNE Sócio e CEO da Insigth Grafeno (2024) Fundador da Cia Sul Mineira de Grafeno 2024 Co-fundador da Rede Alorada / Rede de supermercados (1984) Fundador da DPI / Sistema de informatização de varejo (1995) Natural de Presidente Prudente - SP

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 11

coluna

ESG (ENVIRONMENTAL, SOCIAL, AND GOVERNANCE),

O

conceito de ESG (Environmental, Social, and Governance), aliado aos ODS (Objetivos do Desenvolvimento Sustentável) da ONU e ao Acordo de Paris, vem sendo incorporado às culturas organizacionais e utilizado como critério de valoração empresarial, assim sendo diferentes metodologias têm sido desenvolvidas nos últimos anos com o objetivo de sugerir métricas e indicadores de avaliação da performance de organizações públicas e privadas.

Metodologia SuM4All para Mobilidade Sustentável

Em nosso primeiro artigo da série sobre ESG e Mobilidade Sustentável, apresentamos a metodologia de avaliação proposta pela Sustainable Mobility for All (SuM4All) para a Mobilidade Sustentável, composta de quatro pilares: • Acesso Universal: Conectar todas as pessoas, incluindo mulheres e comunidades vulneráveis, às oportunidades econômicas e sociais.

• Eficiência: Otimizar previsibilidade, confiabilidade e custo-benefício nos sistemas de transporte.

• Segurança: Reduzir drasticamente mortes, lesões e acidentes.

• Mobilidade Verde: Diminuir a pegada ambiental da mobilidade, incluindo emissões de gases de efeito estufa (GEE), poluição do ar e ruído.

Vimos que essa metodologia baseada em quatro pilares principais: acesso universal, eficiência, segurança e mobilidade verde; que está alinhada aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (SDGs) e é instrumentalizada pela plataforma SuM4All utilizando uma abordagem que visa integrar o ESG de forma gradativa e contribuir para as metas da Agenda 2030 da ONU.

Fonte: Sustainable Mobility for All / SuM4All website (www.sum4all.org)

12 | dezembro 2023 | Revista Grafeno

Também no primeiro artigo, tratamos do Sustainable Mobility Index, um índice que avalia a mobilidade sustentável em 183 países a partir de sete métricas principais, como acesso rural e urbano, gênero, segurança, eficiência, poluição do ar e emissões de gases de efeito estufa. Com base nessa metodologia, e com dados atualizados pela plataforma Global Tracking Framework, o Brasil ocupava a 52ª posição global em 2022.

Diversidade e Acesso Universal no Setor de Transportes No segundo artigo da série, exploramos o pilar do Acesso Universal, destacando a baixa participação feminina no setor de transportes no Brasil, que era de apenas 11% em 2018, abaixo da média de 14% de países comparáveis economicamente.

A pesquisa sobre diversidade no setor automotivo brasileiro, realizada pela Automotive Business desde 2017, reflete uma estagnação. A participação feminina no quadro de colaboradores das empresas pesquisadas do setor automotivo que era de 21% em 2017, e 20% em 2019, caiu para 19% em 2021 e apenas retomou o nível de 2017 em 2023 com 21%. A representatividade feminina em cargos de liderança ainda é baixa, segundo a pesquisa de 2023, com 23% em gerências e diretorias, e 7% em presidências e vice-presidências e 30% em Conselhos.

Segurança, Eficiência e Mobilidade Verde Para enfrentar esses desafios, é necessário implementar ações concretas, como estratégias de diversidade e inclusão, equiparação salarial, programas de mentoria e processos seletivos afirmativos. Promover uma cultura organizacional que valorize a diversidade é essencial para o progresso do setor e o fortalecimento do ESG como prática corporativa.

No contexto dos pilares Segurança, Eficiência e Mobilidade Verde, as políticas públicas no setor automotivo brasileiro evoluíram significativamente com programas como o Inovar-Auto (2013-2017), Rota 2030 (2018-2028) e MOVER (2023-2033). O Inovar-Auto focou na produção nacional, segurança veicular e eficiência energética. O Rota 2030 ampliou esse escopo, incluindo metas de descarbonização, incentivos à inovação tecnológica e alinhamento com padrões globais. O MOVER introduziu a renovação da frota nacional, promovendo veículos mais limpos, reciclagem obrigatória a partir de 2027 e fortalecimento da economia circular.

No pilar da Segurança Veicular, avanços foram alcançados no Brasil, como a implementação da Lei Seca e a obrigatoriedade de airbags e freios ABS, que ajudaram a reduzir fatalidades no trânsito entre 2013 e 2019. Institutos de pesquisa e a iniciativa privada também contribuíram, desenvolvendo materiais mais seguros, como aços de alta resistência, e tecnologias inovadoras para veículos. Além disso

coluna organizações independentes LATIN NCAP (www.latinncap. com.br) tornaram públicos e acessíveis aos consumidores alguns rankings de performance de segurança, passando a ter influência no processo decisão de compra.

Neste terceiro artigo da série, destacamos o pilar da Mobilidade Verde, onde o Brasil já possui uma vantagem estratégica relacionada a transição energética e a utilização de fontes de energia de origem renovável, que tende a evoluir ainda mais com os impactos da nova legislação do MOVER. Instituído em 2023, o programa busca renovar a frota automotiva nacional, retirando de circulação veículos antigos, menos eficientes e mais poluentes. Essa ação visa reduzir emissões de GEE, melhorar a qualidade do ar em áreas urbanas e promover a adoção de tecnologias mais limpas, como veículos elétricos e híbridos. Alinhado ao Acordo de Paris, o Brasil espera reduzir suas emissões de carbono em 50% até 2030.

A reciclagem obrigatória de veículos novos a partir de 2027 reforça a transição para a economia circular, exigindo o uso de materiais recicláveis e a adoção de práticas sustentáveis ao longo do ciclo de vida dos automóveis. Esse modelo pode gerar novos insumos para a indústria, reduzir custos e diminuir a dependência de recursos naturais finitos. Também tem potencial para gerar empregos em setores especializados, como reciclagem de componentes automotivos e recondicionamento de baterias de veículos elétricos.

Espera-se que a exigência de reciclabilidade também impulsione inovações no design automotivo, motivando fabricantes a desenvolver soluções criativas, como materiais avançados e técnicas de produção otimizadas. Para garantir o sucesso dessa transição, será essencial implementar governança eficaz e mecanismos de fiscalização, além de oferecer incentivos fiscais e subsídios para fomentar a adesão da indústria e a criação de infraestrutura de reciclagem.

Inovações no Contexto da Mobilidade Verde Além disso, o desenvolvimento de novos materiais avançados, como por exemplo o Grafeno, pode transformar significativamente o setor automotivo no contexto da mobilidade verde. O Grafeno, com suas propriedades de alta resistência, leveza e excelente condutividade, apresenta aplicações promissoras em baterias de veículos elétricos, sistemas de armazenamento de energia e componentes estruturais mais leves e duráveis. A incorporação dessas tecnologias não apenas tende a melhorar a eficiência dos veículos, mas também contribui para a redução da pegada ambiental, alinhando-se às demandas globais por inovação sustentável.

Oportunidades no Cenário Internacional No contexto do novo acordo de livre comércio entre o Mercosul e a União Européia (firmado de m Dezembro de 2024), o Brasil tem a oportunidade de se destacar como um parceiro estratégico na transição para uma economia de baixo carbono. A União Europeia já possui regulamentações para o setor como a Diretiva de Veículos em Fim de Vida (ELV Directive 2000/53/EU de 18 de setembro de 2000) revisada e publicada em 2023, estabelece metas para reciclagem, restrições a materiais perigosos, esquemas de responsabilidade estendida do fabricante, e criação de centros de coleta e tratamento autorizados. No Brasil, a implementação de políticas voltadas para a mobilidade verde pode não apenas atrair investimentos, mas também abrir novos

mercados para tecnologias e veículos sustentáveis desenvolvidos no país. Esse alinhamento reforça o compromisso do Brasil com a sustentabilidade global e consolida sua liderança em iniciativas que integrem inovação, desenvolvimento econômico e proteção ambiental.

A legislação do MOVER e os avanços em pilares como os sugeridos pela SuM4All para a Mobilidade Sustentável são passos importantes para posicionar o Brasil como referência global em mobilidade sustentável e economia verde. Esses esforços ganham destaque quando considerados em conjunto com as políticas nacionais de transição energética, que fazem do Brasil um líder na adoção de biocombustíveis e na geração de energia renovável. De acordo com a Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA), mais de 83% da matriz elétrica brasileira é composta por fontes renováveis, contrastando com a média mundial de apenas 29% em 2021.

Segundo o Fórum Econômico Mundial, a transição para a mobilidade sustentável está associada a uma redução de até 30% nas emissões urbanas de GEE em cidades que integram soluções tecnológicas inteligentes como como veículos autônomos e elétricos conectados a redes inteligentes.

Por fim, a forte ênfase no alinhamento às normativas internacionais, como o Acordo de Paris e os compromissos da COP26, confere ao Brasil maior credibilidade e atratividade no cenário global. A Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) destaca que países que lideram a agenda de mobilidade sustentável têm maior acesso a financiamentos verdes e a parcerias estratégicas, fatores essenciais para a consolidação do Brasil como referência global neste setor.

Maria do Carmo Rodriguez Executiva de Marketing com atuação em B2B e B2C, expertise em Estratégia, Inteligência de Mercado e Comunicação, e vivências em empresas nacionais e multinacionais como Colgate, AmBev, ArcelorMittal e Brametal nos segmentos de Geração e Transmissão de Energia, Siderurgia (Automotivo, Energias Renováveis, Packaging) e Bebidas.

Mestre em Marketing pela Universidade Mackenzie com MBA em Gestão de Negócios Automotivos pela FGV e extensão em ESG e Stakeholders pela FIA.

Revista Grafeno | dezembro 2023 | 13

coluna

2º Encontro Nacional do Fórum Grafeno

N

os dias 28 e 29 de novembro de 2024, o SENAI CIMATEC teve a satisfação de sediar o 2º Encontro Nacional do Fórum Grafeno, um evento anual dedicado à discussão das possibilidades de integração entre a ciência e a indústria. O evento reuniu pesquisadores, startups, empresas e centros de pesquisa, consolidando o grafeno como um material estratégico para o desenvolvimento tecnológico e econômico do país. Mais do que um material inovador, o grafeno desponta como solução para diversas aplicações industriais, especialmente na região Nordeste, que agora se projeta como um polo emergente nesse campo.

O evento destacou não apenas o avanço da pesquisa e o desenvolvimento de produtos baseados em grafeno, mas também as parcerias entre a academia, a indústria e os centros de inovação. Instituições como Gerdau Graphene, Montana Química – SOMA, UCSGRAPHENE e CTNano UFMG trouxeram exemplos práticos de aplicações industriais, enquanto o SENAI CIMATEC reafirmou seu papel como catalisador dessa revolução tecnológica.

Uma das principais discussões do evento foi sobre os desafios para elevar o índice de maturidade tecnológica (TRL) de soluções baseadas em grafeno. O SENAI CIMATEC tem se destacado nessa área, aplicando seu conhecimento especializado na produção de compósitos poliméricos, metálicos e cerâmicos. A instituição busca não apenas avançar na pesquisa, mas também viabilizar soluções que respondam às demandas industriais em larga escala. Para a Bahia, o evento destacou ainda o potencial econômico das minas de grafite locais, que são fundamentais para a síntese de grafeno e representam um diferencial competitivo para a região.

Os debates no Fórum abordaram também a normatização e a caracterização de produtos à base de grafeno, uma etapa crítica para garantir a padronização e a confiança do mercado. O Brasil tem feito avanços importantes ao promover eventos que reúnem acadêmicos e representantes da indústria. Um aspecto a considerar em futuros encontros é a ampliação do tempo destinado às discussões, o que poderia aprofundar ainda mais as trocas de experiências e fortalecer as parcerias.

No senário baiano e nordestino, as possibilidades de aplicação do grafeno são vastas. Na construção civil, por exemplo, sua incorporação em compósitos pode resultar em materiais mais leves, duráveis e com maior resistência mecânica. Na indústria de energia renováveis, o grafeno tem sido apontado como um componente chave em baterias de alta eficiência e células de combustível, promovendo soluções sustentáveis para um mun-

14 | dezembro 2023 | Revista Grafeno

do cada vez mais eletrificado. A indústria química também se beneficia, com a utilização do material em catalisadores e sensores de alta precisão. Todas essas possibilidades reforçam o papel do grafeno como um verdadeiro motor de inovação.

O SENAI CIMATEC, ao sediar o Fórum, reafirma seu compromisso em atuar como uma ponte entre as necessidades do mercado e as soluções tecnológicas emergentes. Seu posicionamento como polo de inovação fortalece a indústria nordestina e nacional, abrindo caminho para um futuro em que o grafeno se torne protagonista na transformação de setores tradicionais e na criação de novas cadeias produtivas.

Em um mundo onde a competitividade é definida pela capacidade de inovar, o Brasil tem a chance de assumir um papel de destaque. Eventos como o Fórum Grafeno são essenciais para alinhar estratégias, fomentar parcerias e transformar desafios em oportunidades. Cabe agora aos diversos atores envolvidos capitalizar sobre esse momento e garantir que o grafeno não seja apenas uma promessa, mas uma realidade concreta para a indústria brasileira.

Pesquisadora e Engenheira de Materiais | Nanomateriais | SENAI CIMATEC

Camila Duarte

Engenheira de Materiais e Especialista em Projetos | SENAI CIMATEC

Thatiana Macedo

Especialista II - SENAI CIMATEC | Polímeros | Blendas | Grafeno | Nanocompósitos

Rodrigo S. Coelho

Jamile Vieira

Associate Professor | RD&I | CNPq DT-2 | Material Science & Manufacturing | Applied Research | SENAI CIMATEC

Coluna

Grafeno na Engenharia Química: Potencializando a Segurança de Processos Industriais

O

grafeno, com suas propriedades revolucionárias, desponta como um material essencial na segurança de processos industriais. Este artigo explora suas aplicações, destacando a excepcional resistência mecânica, alta condutividade térmica e elétrica, além de sua resistência à corrosão. Essas características fazem do grafeno uma solução promissora para desafios críticos em indústrias de alto risco, como as petroquímicas e marítimas. Exemplos práticos incluem sensores de alta precisão para detecção de gases inflamáveis e revestimentos anticorrosivos que prolongam a vida útil de equipamentos. Além de melhorar a eficiência operacional, as tecnologias baseadas em grafeno contribuem significativamente para a prevenção de acidentes e para a sustentabilidade ambiental, posicionando-se como uma solução estratégica para o futuro da engenharia química.

Introdução A segurança de processos industriais é uma prioridade inquestionável em diversas áreas da engenharia, como a química, a petroquímica, a engenharia de materiais e a engenharia de energia, especialmente em setores que lidam com substâncias tóxicas, inflamáveis ou altamente reativas. A prevenção de acidentes, a proteção ao meio ambiente e a garantia da integridade dos colaboradores dependem diretamente da capacidade das indústrias de implementar tecnologias avançadas e soluções inovadoras. Nesse contexto, o grafeno desponta como um material revolucionário, oferecendo propriedades únicas que podem redefinir padrões de segurança e confiabilidade em processos industriais.

Desde sua descoberta, o grafeno tem atraído atenção global devido à sua excepcional resistência mecânica, alta condutividade térmica e elétrica, bem como sua baixa permeabilidade a gases. Essas características fazem do grafeno uma opção promissora para diversas aplicações na indústria química, especialmente em áreas relacionadas à segurança de processos.

Seja no desenvolvimento de sensores de alta precisão para monitoramento de gases, em revestimentos anticorrosivos para equipamentos críticos ou em dispositivos de prevenção de explosões, o grafeno tem o potencial de transformar a maneira como os desafios de segurança são enfrentados.

Este artigo tem como objetivo explorar as aplicações do grafeno voltadas à segurança de processos industriais, destacando soluções que já estão em desenvolvimento e avanços que podem ser esperados nos

próximos anos. Serão discutidos casos reais, desafios na adoção em larga escala e perspectivas futuras, com um olhar crítico sobre como este material pode contribuir para um ambiente industrial mais seguro, eficiente e sustentável. Além disso, serão apresentadas considerações sobre os impactos econômicos e ambientais da utilização do grafeno em sistemas de segurança.

2. Propriedades Fundamentais do Grafeno O grafeno, uma alótropo do carbono formado por uma camada única de átomos dispostos em uma rede hexagonal, apresenta propriedades físicas e químicas excepcionais que o tornam um material singular na engenharia. Estas propriedades são particularmente relevantes para aplicações que visam melhorar a segurança de processos industriais.

Condutividade Térmica e Elétrica O grafeno é amplamente reconhecido por sua alta condutividade térmica, com valores que podem ultrapassar 5000 W/m·K, superando significativamente materiais como o cobre (BALANDIN et al., 2008).

Sua condutividade elétrica também é excepcional, permitindo o transporte de elétrons com mobilidade superior a 200,000 cm²/V·s, tornando-o altamente eficiente em aplicações eletrônicas. Essas propriedades permitem sua utilização em sensores de alta precisão, que podem detectar variações térmicas e elétricas em sistemas industriais, contribuindo para a prevenção de falhas e acidentes.

Resistência Mecânica O grafeno é um dos materiais mais resistentes conhecidos, com uma resistência à tração de aproximadamente 130 GPa, sendo cerca de 100 vezes mais forte que o aço de melhor qualidade (LEE et al., 2008). Essa resistência o torna ideal para o reforço de materiais utilizados em equipamentos críticos, como tanques de armazenamento e tubulações expostas a condições extremas. Pesquisas indicam que a incorporação do grafeno em polímeros pode melhorar significativamente suas propriedades mecânicas, aumentando a durabilidade e reduzindo riscos de acidentes (PAPAGEORGIOU et al., 2017).

Baixa Permeabilidade a Gases A estrutura cristalina do grafeno impede a passagem de gases, mesmo aqueles de átomos pequenos como o Hélio, tornando-o uma excelente barreira em

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 15

Coluna aplicações de encapsulamento ou proteção contra a umidade (BUNCH et al., 2008). Essa característica é essencial para a segurança de processos que envolvem substâncias perigosas, pois minimiza o risco de vazamentos. Membranas de grafeno têm mostrado uma eficácia notável na contenção de gases tóxicos e inflamáveis, contribuindo para a integridade de sistemas industriais (SU et al., 2014).

Relevância para a Segurança Industrial A combinação dessas propriedades permite que o grafeno seja aplicado em soluções integradas para segurança de processos. Sensores baseados em grafeno podem monitorar em tempo real as condições de operação, enquanto revestimentos e membranas melhoram a confiabilidade dos equipamentos. Além disso, essas inovações contribuem para a redução de impactos ambientais e custos operacionais, alinhando-se às demandas da indústria por sustentabilidade e eficiência.

Essas propriedades estão resumidas no Quadro 1, que compara o grafeno com outros materiais convencionais, destacando seu desempenho excepcional.

Quadro 1. Comparação das Propriedades do Grafeno e Materiais Convencionais Propriedade (Unidade)

Grafeno

Condutividade térmica (W/m·K)

~5000

~400

Condutividade elétrica(S/m)

~1,000,000

~59,600,000 ~10,000,000

Resistência mecânica (GPa) ~130 Permeabilidade a gases

Extremamente baixa

Cobre

Aço ~50

~0.2 – 0.4

~1 – 2

Alta

Média

de alta sensibilidade para gases como NO2, NH3 e H2S (VAISHAG e NOH, 2024). Esses materiais ampliam as interações gasosas no sensor, promovendo variações detectáveis de condutividade elétrica e aumentando a especificidade do sensor para determinados gases.

Além disso, a introdução de grafeno tridimensional (3D) em sensores de gás tem demonstrado avanços significativos na detecção de gases como amônia (NH3), dióxido de nitrogênio (NO2) e compostos orgânicos voláteis (VOCs) como o fenol. A estrutura 3D do grafeno proporciona uma área de superfície ativa ampliada, melhorando a sensibilidade e a seletividade na detecção desses compostos. Notavelmente, sensores de grafeno têm atingido limites de detecção na faixa de partes por bilhão (ppb), conforme destacado por DONG et al.

(2021).

Estudos também indicam que o grafeno funcionalizado com estruturas híbridas, como os frameworks metálico-orgânicos (MOFs), pode melhorar ainda mais a seletividade do sensor, particularmente para gases como CO2 e VOCs. Os MOFs apresentam alta porosidade e ambientes químicos ajustáveis, permitindo uma adsorção gasosa mais eficiente e seletiva (VAISHAG e NOH, 2024). Esses avanços possibilitam a criação de sensores altamente confiáveis, capazes de operar em ambientes industriais desafiadores.

A Figura 1, adaptada de Dong et al. (2021), ilustra um sensor de grafeno tridimensional (3D) projetado para a detecção eficiente de gases como amônia (NH3), dióxido de nitrogênio (NO2) e compostos orgânicos voláteis (VOCs) como o fenol. A estrutura 3D do grafeno aumenta significativamente a área de superfície ativa, melhorando a sensibilidade e a seletividade na detecção desses compostos. Notavelmente, a detecção de gases utilizando esses sensores avançou de limites na faixa de partes por milhão (ppm) para partes por bilhão (ppb), conforme destacado por Dong et al. (2021).

Figura 1. Sensor de grafeno 3D para detecção de NH3, NO2 e fenol

Papageorgiou et al. (2017).

3. Aplicações do Grafeno na Segurança de Processos 3.1 Sensores e Monitoramento Os sensores baseados em grafeno têm revolucionado o segurança industrial devido à sua alta sensibilidade e capacidade de detecção em tempo real. Graças à sua excepcional condutividade elétrica e reatividade a alterações ambientais, esses sensores podem identificar concentrações mínimas de gases tóxicos e inflamáveis, como H2, CH4 e CO (SCHEDIN et al., 2007).

Em aplicações práticas, dispositivos com grafeno são utilizados para monitorar vazamentos em sistemas de tubulações e reatores químicos, reduzindo o risco de explosões e contaminações (DONG et al., 2021; Yuan e Zhang, 2019).

Pesquisas recentes destacam o uso de nanocompósitos de grafeno para melhorar ainda mais o desempenho dos sensores de gás. Por exemplo, a funcionalização do grafeno com estruturas metálicas ou semicondutoras, como SnO2 e ZnO, permite uma detecção seletiva e

16 | dezembro 2024 | Revista Grafeno

Fonte: Adaptado de Dong et al. (2021).

Coluna 3.2 Materiais de Revestimento Revestimentos baseados em grafeno têm demonstrado excelente proteção anticorrosiva para tanques, tubulações e outros equipamentos industriais. A alta resistência química e a estrutura bidimensional do grafeno criam uma barreira eficaz contra agentes corrosivos, prolongando a vida útil dos materiais metálicos.

Estudos indicam que a incorporação de grafeno em revestimentos poliméricos, como resinas epóxi, melhora significativamente as propriedades anticorrosivas. Por exemplo, YU FENG et al. (2018) desenvolveram um revestimento híbrido de poli(álcool vinílico butiral) com duas camadas de grafeno obtido por deposição química de vapor (CVD), proporcionando proteção completa contra corrosão em ligas de alumínio expostas a água do mar simulada por até 120 dias.

Adicionalmente, a revisão de Sharma e Sharma (2023) destaca o uso crescente de revestimentos de polímeros baseados em grafeno para aplicações em ambientes marinhos. Eles discutem que revestimentos compostos de grafeno, devido às suas propriedades de barreira e alta condutividade, são mais duráveis do que revestimentos de polímeros puros. Métodos de síntese, como mistura em solução e polimerização in situ, têm sido amplamente utilizados para produzir revestimentos nanocompósitos. Esses revestimentos mostraram eficácia na redução da difusão de íons corrosivos e na melhoria da estabilidade térmica e mecânica.

Além disso, a adição de óxido de grafeno reduzido (rGO) em revestimentos à base de água aplicados em aço galvanizado mostrou melhorar a resistência à corrosão. Collazo et al. (2024) observaram que concentrações de 0,05% em peso de rGO resultaram em propriedades de proteção duradouras, atribuídas às boas propriedades de barreira e à passivação da superfície de zinco pelo ZnO formado.

Pesquisas recentes também exploraram a aplicação de revestimentos de grafeno em tubulações utilizadas na indústria de petróleo e gás. Por exemplo, Santos et al.

(2022) sintetizaram óxido de grafeno reduzido para produção de revestimentos nanocompósitos à base de epóxi, aplicados em substratos de tubulações metálicas. Os resultados indicaram um aumento significativo na resistência à corrosão, evidenciando o potencial do grafeno na proteção de equipamentos expostos a ambientes agressivos.

Por fim, a inclusão de nanopartículas de óxido de grafeno funcionalizado em resinas epóxi também mostrou ser eficaz na criação de revestimentos com propriedades anti-incrustantes e hidrofóbicas, essenciais para aplicações em ambientes marinhos. Esses avanços destacam o potencial do grafeno como componente em revestimentos anticorrosivos, oferecendo soluções eficazes e sustentáveis para a proteção de estruturas metálicas em diversos ambientes industriais.

3.3 Dispositivos de Prevenção de Explosões O grafeno tem se destacado como um material promissor na melhoria de dispositivos de prevenção de explosões, devido às suas propriedades excepcionais, como alta resistência mecânica, flexibilidade e excelentes ca-

racterísticas de barreira. Uma aplicação significativa é o desenvolvimento de membranas resistentes à pressão que atuam como barreiras em sistemas industriais de alto risco, capazes de conter explosões localizadas e minimizar danos estruturais. Essas membranas podem prevenir a propagação de incêndios, aumentando a segurança operacional.

Membranas Resistentes à Pressão Membranas de grafeno podem ser fabricadas com diferentes números de camadas, o que influencia diretamente na sua resistência à pressão. Estudos mostram que membranas com poucas camadas de grafeno, mesmo com apenas uma camada, podem suportar pressões significativas antes de se romperem (BUNCH et al., 2008). Essa capacidade de suportar altas pressões torna o grafeno um material ideal para a fabricação de dispositivos de segurança em ambientes industriais de alto risco, como refinarias e plataformas de petróleo.

Reforço de Materiais A incorporação de grafeno em materiais compósitos, como polímeros e cerâmicas, tem demonstrado um aumento notável na resistência mecânica. Em particular, a adição de grafeno em materiais utilizados em dispositivos de prevenção de explosões, como válvulas de segurança e painéis de contenção, aumenta a resistência ao impacto e a durabilidade, proporcionando maior segurança em caso de explosões.

Sensores para Detecção Precoce de Explosões Esses sensores, descritos por Zhang et al. (2024) como “avançados”, podem ser integrados a sistemas de segurança, acionando mecanismos de contenção e alerta, como sprinklers e alarmes, antes que a explosão cause danos significativos. Dentre as propriedades únicas do grafeno e seus derivados que os tornam ideais para aplicação em sensores de pressão, especialmente em ambientes industriais de alto risco, destacam-se a alta condutividade, resistência mecânica, flexibilidade e impermeabilidade. O Quadro 2 apresenta um resumo dessas propriedades e seus impactos específicos em sensores de pressão. A alta condutividade do grafeno, por exemplo, permite uma detecção rápida e precisa de variações de pressão, enquanto o GO, por ser virtualmente não condutor, é ideal para uso como camada dielétrica em sensores capacitivos. O rGO, por sua vez, apresenta alta sensibilidade a mudanças de pressão e possui um gap de energia ajustável, o que o torna ideal para otimizar a resposta elétrica do sensor, o que o torna ideal para otimizar a resposta elétrica do sensor. As propriedades mecânicas do grafeno, como o alto módulo de Young, garantem a durabilidade e a estabilidade do sensor, enquanto características como a impermeabilidade a gases e a adesão a substratos contribuem para a confiabilidade e a longa vida útil do dispositivo (ZHANG et al., 2024).

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 17

Coluna Quadro 2. Propriedades do Grafeno e Seus Derivados e Suas Implicações para Sensores de Pressão

Adaptado de Zhang et al. (2024)

É importante destacar a influência das propriedades do grafeno e seus derivados no desempenho dos sensores de pressão. A alta área de superfície específica do GO, por exemplo, permite a detecção de variações de pressão ainda menores, enquanto a alta porosidade amplia a faixa de pressão que o sensor pode detectar. A resistência à compressão do GO e o módulo de Young do grafeno e do rGO garantem a durabilidade e a estabilidade do sensor em condições extremas, como em caso de explosões. A impermeabilidade a gases, por sua vez, é crucial para evitar vazamentos e garantir a segurança do ambiente industrial.

Materiais Retardantes de Chama Revestimentos à base de grafeno podem atuar como barreiras contra a propagação de chamas, o que é essencial em ambientes industriais com risco de incêndio. A estrutura do grafeno dificulta a transferência de calor e a liberação de gases inflamáveis, limitando a propagação do fogo e proporcionando tempo para a evacuação e o acionamento de sistemas de combate a incêndios (TABANDEH-KHORSHID et al., 2020; SANG et al., 2016).

Em resumo, o grafeno oferece uma abordagem multifacetada para melhorar a segurança em ambientes industriais propensos a explosões. Suas propriedades únicas permitem o desenvolvimento de dispositivos de prevenção e contenção, bem como sensores de detecção precoce, que contribuem para a prevenção de acidentes e proteção de vidas e infraestruturas.

4. Impacto Econômico e Ambiental dos Avanços Promovidos pelo Grafeno na Segurança de Processos Industriais A integração do grafeno em processos industriais oferece benefícios econômicos e ambientais significativos, especialmente no contexto da segurança operacional.

Impacto Econômico

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• Redução de Custos Operacionais: A aplicação de sensores baseados em grafeno permite monitoramento em tempo real de variáveis críticas, facilitando a manutenção preditiva e evitando paradas não planejadas. Essa eficiência operacional pode resultar em economia substancial para as indústrias.

• Aumento da Vida Útil de Equipamentos: Revestimentos de grafeno proporcionam proteção contra corrosão e desgaste, prolongando a durabilidade de equipamentos e estruturas. Isso reduz a frequência de substituições e os custos associados à manutenção.

Impacto Ambiental • Melhoria na Qualidade do Ar e da Água: Sensores de grafeno podem detectar vazamentos de substâncias perigosas, permitindo respostas rápidas para mitigar impactos ambientais. Além disso, membranas de grafeno são eficazes na filtração de contaminantes, contribuindo para a purificação de efluentes industriais.

• Produção Sustentável: Métodos de síntese de grafeno que utilizam materiais renováveis e processos menos agressivos ao meio ambiente estão sendo desenvolvidos, alinhando-se às práticas de química verde e sustentabilidade industrial.

5. Desafios e Perspectivas Futuras 5.1 Desafios Técnicos e Econômicos Apesar das propriedades excepcionais do grafeno, sua aplicação na segurança de processos industriais enfrenta desafios significativos: • Custo de Produção em Larga Escala: A produção de grafeno de alta qualidade a baixo custo permanece um desafio. Embora métodos como a esfoliação química e a deposição química de vapor estejam em desenvolvimento, a escalabilidade com controle de qualidade consistente ainda é limitada.

Coluna • Padronização e Qualidade do Material: A ausência de normas técnicas específicas para a caracterização e padronização do grafeno resulta em variabilidade nas propriedades do material fornecido por diferentes produtores. Essa inconsistência pode afetar a confiabilidade em aplicações industriais críticas.

• Integração em Sistemas Existentes: A compatibilidade do grafeno com processos industriais já estabelecidos apresenta desafios, especialmente em relação à adesão a diferentes substratos e à manutenção de suas propriedades em condições operacionais adversas. A falta de regulamentações claras sobre o uso do grafeno também dificulta sua adoção industrial.

5.2 Perspectivas Futuras O potencial do grafeno para revolucionar a segurança de processos industriais na engenharia química é promissor: • Desenvolvimento de Tecnologias de Produção Sustentáveis: Pesquisas estão focadas em métodos de produção mais econômicos e ambientalmente amigáveis, como a utilização de fontes de carbono abundantes e renováveis, visando à produção em larga escala com qualidade consistente.

• Inovações em Revestimentos e Sensores: A funcionalização do grafeno para desenvolver revestimentos anticorrosivos mais eficazes e sensores altamente sensíveis pode melhorar significativamente a segurança operacional, permitindo monitoramento em tempo real e respostas rápidas a condições adversas.

• Colaboração entre Academia e Indústria: Parcerias estratégicas podem acelerar a transferência de tecnologia, promovendo a aplicação prática do grafeno em soluções de segurança industrial. A criação de centros de pesquisa dedicados ao grafeno no Brasil exemplifica esse movimento.

5.3 Áreas para Pesquisa Futura • Métodos de Produção Otimizados: Investigar técnicas que aumentem a eficiência e reduzam os custos de produção do grafeno, garantindo qualidade uniforme.

• Normatização e Certificação: Desenvolver padrões para caracterização e uso do grafeno, assegurando consistência e confiabilidade nos produtos finais.

• Estudos de Longo Prazo: Avaliar a durabilidade e o desempenho do grafeno em aplicações industriais ao longo do tempo, especialmente sob condições extremas.

• Impacto Ambiental e Sustentabilidade: Analisar os efeitos ambientais da produção e descarte do grafeno, promovendo práticas sustentáveis em todo o ciclo de vida do material.

6. Conclusão O grafeno, com suas propriedades únicas, apresenta-se como um divisor de águas na engenharia química, redefinindo padrões de segurança de processos industriais. Este material, com resistência mecânica excepcional, condutividade térmica e elétrica superior, e propriedades anticorrosivas incomparáveis, se destaca como uma solução multifuncional para indústrias que operam sob condições críticas.

As análises detalhadas neste estudo demonstraram que sensores de grafeno podem identificar concentrações mínimas de gases tóxicos e inflamáveis, promovendo uma resposta rápida e eficaz para prevenir acidentes catastróficos. Esses sensores, avançados para limites de detecção na faixa de partes por bilhão (ppb), são aplicáveis em refinarias, indústrias químicas e outras operações sensíveis, onde o monitoramento contínuo é crucial.

Além disso, os revestimentos baseados em grafeno oferecem soluções duradouras contra corrosão e desgaste, prolongando a vida útil de equipamentos industriais críticos e reduzindo significativamente os custos de manutenção. A versatilidade do grafeno permite sua aplicação em contextos adversos, como ambientes marinhos e sistemas de tubulações em indústrias de petróleo e gás.

Embora os avanços tecnológicos no uso do grafeno sejam promissores, desafios permanecem, incluindo custos de produção em larga escala, padronização de materiais e integração em sistemas industriais existentes. No entanto, as perspectivas são otimistas, com o desenvolvimento de métodos de produção mais sustentáveis e economicamente viáveis.

O impacto econômico e ambiental das tecnologias baseadas em grafeno também não pode ser subestimado.

Sensores e revestimentos à base de grafeno contribuem não apenas para a redução de custos operacionais, mas também para práticas industriais mais sustentáveis, alinhando-se aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) globais.

Em síntese, o grafeno simboliza uma convergência entre inovação, segurança e sustentabilidade. Seu papel na engenharia química já transcende o potencial teórico, posicionando-o como um pilar essencial para o futuro de processos industriais mais seguros, eficientes e ambientalmente responsáveis.

Marcelo Tirelli

Engenheiro Químico, Mestre e Doutor em Engenharia de Materiais, Engenheiro de Segurança do Trabalho. Atua nas áreas de Projetos de Processos Químicos, Segurança de Processos, Materiais e Nanotecnologia. Diretor Técnico da Revista Grafeno. Professor do Curso de Engenharia Química na Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie, em São Paulo.

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 19

Artigo

Tabela 2: Média da resistividade superficial e volumétrica.

Na Figura 2 estão os principais dados obtidos para as propriedades mecânicas módulo de Young, limite de resistência à tração (tensão máxima) e deformação máxima (deformação na ruptura) dos homopolímeros puros e seus nanompósitos reforçados com diferentes teores de Tuball. Para o PP, Figura 2 (a) (b) e (c), observa-se que com a adição da concentração de 0,1 wt.% de Tuball Matrix 809, houve um aumento em aproximadamente 12 % no valor do módulo de Young, e um aumento de 4 % no limite à resistência. Esses ganhos podem estar associados à uma boa dispersão da carga na matriz polimérica e a uma boa adesão na região de interface entre as duas fases (matriz e reforço), o que eleva a rigidez do material proporcionando assim a transferência de tensões de forma mais eficiente, ao mesmo tempo, restringindo o movimento das cadeias poliméricas. De maneira complementar, observa-se uma diminuição de 12 % em relação a deformação máxima, evidenciando a diminuição da flexibilidade do material. Para uma concentração mais elevada, de 2 % de Tuball Matrix 809, há perda das principais propriedades mecânicas (módulo de Young e limite de resistência) em relação ao material sem aditivo. Esse efeito negativo pode ser relacionado ao acúmulo de aditivo que não é bem disperso e aderido à matriz polimérica. Assim com o excesso de aditivo

o mesmo deixa de atuar como um reforço e torna-se um ponto de defeito na estrutura. A partir das imagens de MEV da Figura 3 de (a) a (c) é possível observar a boa dispersão com a concentração de 0,1 % e o acúmulo e aglomeração da estrutura do Tuball Matrix 809 com a adição de 2 %.

Para a PA-6, Figura 2 (b), com a adição de 0,0032 % de Tuball observa-se um aumento significativo de 27 % no módulo de Young e no limite de resistência à tração de 15 %, enquanto a deformação não apresenta mudanças significativas, permanecendo dentro da faixa de incerteza dos resultados. Em concentrações mais elevadas (0,16 % de Tuball) observa-se a mesma tendência da matriz de PP, com a perda na melhoria do módulo de Young e no limite a resistência à tração que pode ser associada a inserção de defeitos na estrutura polimérica pelo aditivo [1]. Porém nesse caso observa-se um aumento no alongamento máximo que pode ser associado a boa inserção do aditivo na matriz polimérica propiciando uma maior deformação plástica e conferindo maior ductilidade em relação à matriz de PA-6. Nas imagens de MEV apresentadas na Figura 3 (d), (e) e (f) também é possível observar a aglomeração do Tuball na matriz polimérica em concentrações mais elevadas.

Figura 2: Módulo de Young, resistência máxima à tração e deformação máxima das matrizes poliméricas com Tuball: (a) PP e (b) PA-6.

22 | dezembro 2024 | Revista Grafeno

Artigo

Figura 3: Imagens de MEV dos materiais: (a) PP puro, (b) PP com 0,1 % de Tuball Matrix 809, (c) PP com 2 % de Tuball Matrix 809, (d) PA-6 pura, (e) PA-6 com 0,0032 % de Tuball e (f) PA-6 com 0,16 % de Tuball.

Conclusão:

Figura 4: Trabalho apresentado no 2º Encontro Nacional do Fórum Grafeno- Salvador- BA.

Os resultados obtidos neste trabalho evidenciam o potencial dos compósitos poliméricos de PP e PA-6 com adição de Tuball como alternativas viáveis para a fabricação de resistores padrão. A incorporação de baixas concentrações de Tuball demonstrou ser altamente eficaz na redução da resistividade elétrica, tanto superficial quanto volumétrica, permitindo alcançar propriedades elétricas adequadas para aplicações eletrônicas. Adicionalmente, os ensaios mecânicos mostraram melhorias significativas no Módulo de Young e no limite de resistência das matrizes poliméricas com a adição de concentrações otimizadas de Tuball, especialmente para 0,1 % no PP e 0,0032 % na PA-6. Esses resultados são atribuídos à boa dispersão e adesão do aditivo às matrizes poliméricas, o que possibilita um reforço eficiente. No entanto, concentrações mais elevadas de Tuball levaram à formação de aglomerações, comprometendo as propriedades mecânicas e introduzindo defeitos estruturais, evidenciados pelas imagens de MEV. A análise dos dados confirma que a utilização de baixas concentrações de Tuball é não apenas técnica, mas também economicamente viável, pois permite obter melhorias significativas nas propriedades elétricas e mecânicas sem elevar os custos de produção. Este trabalho contribui para o avanço tecnológico no desenvolvimento de compósitos poliméricos funcionais, oferecendo uma solução promissora para a substituição de materiais metálicos por polímeros em dispositivos eletrônicos, alinhando-se às demandas da indústria por materiais mais leves, sustentáveis e de alto desempenho.

Agradecimentos

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 23

Artigo

À FINEP- Rede Sibratecnano de Inovação (Ciclo 14º/ 2023).

Ao SENAI- Mario Amato em São Bernardo do Campo- SP.

Referências:

[1] Shibuya R., Morimune-Moriya S. Reinforcement effects of graphene oxide in polyamide 6 nanocomposite system synthesized by in-situ polymerization, Polymer 313 (2024) 127690.

[2] Seshweni M. H.E, Makhatha M.E., Botlhoko O. J., Babatunde Abiodun Obadele B. A., Vijayan V., Dundesh S. Chiniwar D.S, Kumar P., Vishwanatha H. M. Evaluation of Mechanical and Thermal Properties of Polypropylene-Based Nanocomposites Reinforced with Silica Nanofillers via Melt Processing Followed by Injection Molding, J. Compos. Sci. 7 (2023) 520.

[3] Kiziltas A., Liu W, Tamrakar S., Mielewski D., Graphene nanoplatelet reinforcement for thermal and mechanical properties enhancement of bio-based polyamide 6, 10 nano-

24 | dezembro 2024 | Revista Grafeno

composites for automotive applications, Composites Part C: Open Access 6 (2021) 100177.

[4] Tuball – OCSiAl. Disponível em [https://tuball.com/carbon-nanotube-products/tuball]. Acesso em 12 de dezembro de 2024.

Fabiele Collovini Tavares - 1, Patrick Ventura - 1, Rogério Valaski1, Rômulo Fratari - 1, Claudemir Gracino - 2, Giuliana De Mitri Luiz - 3 , Irina Marinho Factori - 3 e Joyce Araújo - 1 1.

Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia –INMETRO 2.

Skintech Tecnologia Indústria e Comércio Importação e Exportação Ltda 3.

SENAI São Bernardo do Campo- Mario Amato

Artigo

BIOGRAPH: UM NOVO MÉTODO DE OBTENÇÃO DE GRAFENO por Jéssica M. Luzardo, Douglas S. Rocha, Alana M. Cordeiro, Erica Ferreira, Hugo Sousa, Tiago Hilário e Joyce R. Araujo

O

Resumo:

grafeno, um dos materiais mais promissores do século XXI, possui propriedades excepcionais que o tornam altamente desejável em diversas aplicações industriais e tecnológicas. Contudo, os métodos tradicionais de obtenção de grafeno enfrentam desafios significativos relacionados a custos, eficiência e sustentabilidade. A Biograph é uma startup brasileira que surge como uma solução inovadora, sedimentada em um processo desenvolvido no Brasil, que converte biomassas em grafeno de forma sustentável e eficiente. Este artigo explora os fundamentos do método patenteado pelo Inmetro na patente “Método de transformação de lignina em nanocarbono para aplicação como precursor de grafeno e nanocarbono obtido pelo método” referente ao número de protocolo BR10202302316, destacando suas vantagens técnicas, econômicas e ambientais, e discute seu impacto futuro no setor de grafeno no Brasil.

D

Introdução

esde sua descoberta em 2004, o grafeno tem sido amplamente estudado por suas propriedades únicas, como alta condutividade elétrica e térmica, resistência mecânica e flexibilidade. Essas características o tornam essencial em aplicações que variam de eletrônica a armazenamento de energia e biomedicina. Contudo, a produção de grafeno em larga escala enfrenta desafios relacionados a custos elevados, baixa pureza e impacto ambiental.

Método Biograph: O método aplicado para produção de biografeno conhecido como “Biograph” baseia-se em um processo de produção inovador que combina diferentes tecnologias para transformar biomassas ricas em lignina em nanoplaquetas de grafeno. Diferentemente dos métodos tradicionais, como a esfoliação mecânica ou a deposição química em fase vapor (CVD), a metodologia Biograph utiliza uma abordagem que elimina o uso de solventes tóxicos e reduz significativamente os resíduos gerados. Além disso, sua eficiência energética é notável, permitindo a produção de grafeno em menor tempo e com maior controle sobre a qualidade do material obtido. Durante o processo, ocorre a formação de

moléculas de CO2 e outros subprodutos como óleo pirolenhoso, que podem ser capturados e reutilizados, promovendo os benefícios da chamada “economia circular” reduzindo emissões de gases de efeito estufa e gerando créditos de carbono. A combinação desses avanços permite uma produção eficiente e sustentável, com custos significativamente reduzidos em comparação aos métodos convencionais.

Histórico do Projeto Biograph

A jornada da Biograph teve início em 2017, com a busca por uma solução economicamente viável para a produção de grafeno em larga escala, voltada para aplicações de grande impacto. Desde então, o projeto evoluiu significativamente, passando por etapas fundamentais de pesquisa, desenvolvimento e reconhecimento internacional.

Em 2018, as investigações científicas concentraram-se nos mecanismos de polimerização e reticulação dos anéis aromáticos da lignina, viabilizando a aplicação deste novo nanomaterial de carbono no projeto “Ligantes Asfálticos Poliméricos Modificados por Óxido de Grafeno Obtidos a Partir da Lignina”. No ano seguinte, esforços foram direcionados para o planejamento e a otimização do processo de síntese

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 25

Artigo

do grafeno derivado da lignina, estabelecendo as bases para a criação de um método eficiente e sustentável.

Entre 2020 e 2021, uma série de 22 sínteses experimentais foi conduzida no Laboratório de Fenômenos de Superfície e Filmes do Inmetro (Lafes), variando-se as condições do processo para que se pudesse definir a metodologia final para obtenção do biografeno. Para controle de qualidade dos materiais até então produzidos, análises de espectroscopia Raman e espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) vinham sendo realizadas a cada síntese para avaliação dos produtos gerados. Os dados obtidos por meio destas análises foram tratados por ferramentas computacionais de análises de dados tais como a “Análise de Componentes Principais” (PCA), a fim de garantir a determinação dos melhores parâmetros para obtenção de nanoplacas de grafeno, com reprodutibilidade e obedecendo aos pré-requisitos normativos que versam sobre as definições de grafeno e materiais 2D descritos na norma ABNT ISO/TS 21356-1:2023.

Em 2022, o método Biograph foi complemente otimizado e determinado, marcando um avanço inédito na transformação da lignina em nanoplaquetas de grafeno. No ano seguinte, em 2023, os resultados obtidos foram publicados no renomado periódico “Carbon”, a maior revista internacional de materiais de carbono do mundo. Uma patente sobre o método foi redigida e protocolada pelo Inmetro junto ao INPI ”Método de transformação de lignina em nanocarbono para

aplicação como precursor de grafeno e nanocarbono obtido pelo método” (Figura 1). Além disso, neste mesmo ano e nos seguintes, o graduando em nanotecnologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Douglas Souza Rocha ganhou as seguintes premiações com este trabalho: 1.

Menção honrosa – “Síntese e caracterização de materiais de carbono nanoestruturados a partir da casca de arroz”, III jornada de iniciação científica e Tecnológica do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, 2022.

2.

Bernhard Gross Award – “SiO2/graphene oxide nanocomposite obtained from rice husk pyrolysis”, The best poster B – MRS Meeting 2023.

3.

ACS Publications Prize - “SiO2/graphene oxide nanocomposite obtained from rice husk pyrolysis” For the Best Poster in XXI B-MRS 2023.

4.

Projeto vencedor no Desafio de Ideias Granioter/MCTI – “Soluções para dispersão e aplicação do grafeno em concreto”, B – MRS 2023 (Figura 2).

5.

Menção Honrosa – “Análise de Fases em Nanocompósitos de Sílica e Nanoplaquetas de Grafeno Obtidas da Pirólise da Casca de Arroz” – IV Jornada de Iniciação Científica e Tecnológica no inmetro, 2024.

Figura 1 - Imagem referente ao depósito da patente : Método de transformação de lignina em nanocarbono para aplicação como precursor de grafeno e nanocarbono obtido pelo método”.

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Artigo

Figura 2 – Desafio de ideias granioter/MCTI no congresso da sociedade brasileira de materiais em Maceió – AL, 2023

Figura 3 – Estande de exposição da biograph, um ano depois do projeto ter vencido o desafio de ideias granioter/MCTI,2024.

Em 2024, o projeto alcançou uma nova fase de expansão, com a otimização de equipamentos e o estabelecimento de parcerias tecnológicas, permitindo o escalonamento da produção do biografeno para sua aplicação em diferentes setores industriais. Além disso, os subprodutos do processo, como gases e óleos de síntese, começaram a ser estudados visando sua conversão em biocombustíveis, ampliando ainda mais o compromisso da Biograph com a sustentabilidade. A empresa fez a exibição de estande na conferência anual da

Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMAT), mostrando seus produtos de grafeno obtido a partir de biomassa e atingindo grande atenção do público do evento (Figura 3).

Neste mesmo em 2024, a parceria entre o Inmetro e a Atypical, gerando a startup Biograph, começou a planejar e desenhar a construção de um reator (Figura 4) para produção em grande escala, representando mais um marco significativo.

Figura 4 - Primeira construção do reator para o escalonamento na produção em grande escala de grafeno a partir de biomassas.

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Artigo

A pesquisadora Joyce Araujo foi ganhadora do prêmio “25 Mulheres na Ciência” com a pesquisa inovadora e a doutoranda Jéssica Luzardo ganhou a premiação de melhor trabalho oral na 24ª Reunião da SBPMAT com o trabalho: ”Processing of Biomass from Agricultural Waste for Production of Graphene Nanoplatelets for Soil Fertilization” consagrando assim o projeto com premiação Benhard Gross Award 2 anos consecutivos.

Com o progresso contínuo e as parcerias estratégicas firmadas, o futuro da Biograph é promissor. O projeto se encontra em uma fase de expansão, com planos para a aplicação em larga escala de seu processo inovador em diversos setores, como nanocompósitos poliméricos, cimentícios e asfálticos, tintas, têxtil, baterias, eletrônicos, energia e materiais avan-

çados. A equipe continua focada no aprimoramento das técnicas de produção, com a perspectiva de reduzir ainda mais os custos e aumentar a eficiência do método. A pesquisa também se estende ao desenvolvimento de diferentes tipos de materiais para expandir suas aplicações. Com um compromisso renovado com a sustentabilidade, a Biograph almeja contribuir significativamente para uma economia verde e circular, oferecendo soluções que atendam às necessidades da indústria e da sociedade em um cenário global cada vez mais consciente da necessidade da diminuição do impacto ambiental das novas nanotecnologias. A Biograph fez o lançamento da sua marca no evento anual do Fórum Grafeno, que ocorreu em Salvador, BA (Figura 5).

Figura 5 – Apresentação de Hugo Souza, um dos sócios da Biograph, no Segundo Encontro Nacional do Fórum Grafeno 2024 em Salvador, BA.

Resultados e Benefícios A metodologia Biograph apresenta diversas vantagens significativas. Em primeiro lugar, destaca-se por sua sustentabilidade, reduzindo o impacto ambiental ao converter resíduos agrícolas em produtos de alto valor agregado, alinhando-se perfeitamente aos princípios da economia circular. Além disso, o processo contribui diretamente para a redução das emissões de CO2, capturando e reutilizando esse gás, o que reforça seu alinhamento com as metas globais de descarbonização. Outra característica notável é sua competitividade econômica, pois possibilita a produção de grafeno a custos comparáveis aos de commodities, viabilizando uma ampla gama de novas aplicações em larga escala. Dessa forma, a

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Biograph resolve o principal obstáculo do “vale da morte” de maturidade tecnológica em projetos de aplicação do grafeno, trazendo um impacto tecnológico e econômico significativo. Durante o processo de produção de nanoplaquetas de grafeno pelo método Biograph, diversos subprodutos são gerados a partir do mesmo resíduo inicial. Cada um desses subprodutos pode ser direcionado para múltiplas aplicações, abrangendo setores variados da indústria. Essa característica não apenas maximiza o aproveitamento dos resíduos de biomassa, mas também amplia as oportunidades de inovação e cria novos caminhos para o desenvolvimento sustentável, evidenciando o potencial transformador dessa tecnologia.

Artigo

Figura 6 – Estande da startup Biograph exposto no evento Fórum Grafeno 2024 em Salvador, BA.

Aplicações Potenciais O impacto do método Biograph pode ser observado em diversas áreas. No setor de energia, ele possibilita o desenvolvimento de baterias e supercapacitores de maior capacidade e durabilidade. Em materiais compósitos, promove a criação de materiais mais leves e resistentes, essenciais para as indústrias aeroespacial e automotiva. Na eletrônica, permite a fabricação de dispositivos mais leves, flexíveis e eficientes. Já no agronegócio, viabiliza a produção de biofertilizantes e biocombustíveis, aproveitando de forma eficiente os subprodutos do processo. No Brasil, onde o mercado de grafeno está em plena expansão, a Biograph tem o potencial de fortalecer as indústrias locais, promovendo inovação, desenvolvimento econômico e contribuindo para as metas de sustentabilidade do país.

Estudo de caso: aplicação na indústria do cimento A indústria cimentícia, essencial para a economia global, enfrenta grandes desafios ambientais devido às emissões de CO₂ e ao consumo intensivo de recursos naturais. Como resposta, a nanotecnologia surge como uma solução inovadora para tornar a produção de cimento mais sustentável e eficiente.

Os nanocompósitos, resultantes da dispersão de nanopartículas em matrizes, oferecem melhorias substanciais nas propriedades dos materiais, como maior resistência mecânica e durabilidade. Especificamente, nanoplaquetas de grafeno derivadas de lignina têm mostrado um potencial notável na melhoria das propriedades mecânicas de compósitos cimentícios, ao mesmo tempo em que oferecem vantagens ambientais devido à sua origem renovável. Essas nanoplaquetas, além de aumentarem a resistência à compressão e a durabilidade, contribuem para a redução da porosidade e tornam o cimento mais resistente à ação de agentes químicos agressivos. Estudos indicam que a aplicação de ultrassom é essencial para garantir a adequada dispersão dessas nanopartículas, promovendo uma microestrutura mais uniforme e eficaz.

Dessa forma, a incorporação de nanoplacas de grafeno obtidas a partir de lignina (l-GNP) em pastas de cimento Portland representa um avanço significativo tanto no desempenho dos

materiais quanto na sustentabilidade da construção civil, alinhando-se às demandas contemporâneas por soluções mais eficientes.

Para compreender o impacto dessa incorporação na performance dos materiais, foram realizados ensaios específicos que analisam as propriedades físico-químicas das pastas de cimento, como a resistência à compressão e a densidade dos corpos de prova.

Os resultados do ensaio de resistência à compressão oferecem uma análise detalhada do desempenho mecânico dos compósitos cimentícios avaliados. A Figura 7 ilustra a resistências à compressão das seguintes formulações: amostra de referência (CP/REF) e amostra contendo 0,25 wt.% de l-GNP (CP/l-GNP 0,25 wt.%) em relação em massa de cimento.

Figura 7 - Ensaio mecânico de compressão das amostras: CP/REF e CP/l-GNP 0,25 wt.%, mostrando 16 % de aumento em relação a amostra de referência.

Fonte: Elaborado pelos autores.

A resistência à compressão média da amostra CP/REF foi de 69,90 MPa, enquanto que para a amostra CP/l-GNP 0,25

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wt.%, a resistência foi de 80,93 MPa. Esse aumento de aproximadamente 16 % na resistência à compressão evidencia que a incorporação de nanoplacas de lignina impactou positivamente o desempenho mecânico do material, destacando seu potencial de aprimoramento em comparação aos compósitos de referência. Vale ressaltar que o aumento de aproximadamente 20 % se justifica industrialmente pelo fato que a matéria-prima utilizada não tem custo, e considerando a biodisponibilidade da lignina como insumo, para sua transformação em nanoplacas de grafeno. Aumentos maiores podem ser atingidos desde que se encontre o teor ótimo de grafeno em pastas de cimento. Esses ganhos maiores constituem os objetivos futuros deste projeto.

Perspectivas Futuras e Expansão do Método Biograph O método Biograph apresenta um horizonte promissor, com possibilidades práticas que podem ser exploradas de forma gradual e estratégica. Um dos próximos passos fundamentais está no fortalecimento de parcerias com empresas e instituições interessadas em tecnologias baseadas em grafeno sustentável. Essas colaborações são essenciais para viabilizar estudos aplicados e validar o material em diferentes setores, como construção civil, eletrônica, armazenamento de energia e agronegócio.

A diversificação de biomassas como matéria-prima também representa uma oportunidade concreta. Estudos já indicam que resíduos agrícolas como casca de arroz, bagaço de cana

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e outros subprodutos da indústria florestal podem ser convertidos em grafeno com propriedades distintas. O próximo desafio será adaptar o processo para atender a diferentes necessidades industriais, mantendo a eficiência e a sustentabilidade como pilares do método.

Em termos de aplicações, o grafeno produzido pelo método Biograph já demonstrou viabilidade em nanocompósitos cimentícios e poliméricos, bem como potencial para aprimorar o desempenho de baterias e supercapacitores. No curto e médio prazo, os esforços se concentrarão na otimização desses produtos, buscando atender a requisitos específicos de desempenho e custo que permitam sua adoção em larga escala.

Outra prioridade será a exploração dos subprodutos gerados no processo de produção. Gases e óleos, por exemplo, podem ser aproveitados como insumos para biocombustíveis ou outros processos industriais, agregando valor econômico e ampliando a sustentabilidade da operação.

Com a construção de um reator piloto, o início da produção em maior escala e o fortalecimento de parcerias estratégicas, a Biograph busca consolidar sua posição como referência na produção de grafeno sustentável. Ao integrar inovação tecnológica, sustentabilidade e colaboração com diferentes setores, a Biograph está preparada para contribuir de forma significativa para o avanço das aplicações do grafeno e fortalecer a posição do Brasil no mercado global.

Artigo

H2SAFE: DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR PIEZORESISTIVO À BASE DE ÓXIDO DE GRAFENO PARA DETECÇÃO DE HIDROGÊNIO

O

por Tamires Martinhão, Giovanna Santana e Joyce Araujo mercado global de armazenamento e distribuição de hidrogênio está em uma trajetória de crescimento impressionante, projetado para saltar de US$ 9,5 bilhões em 2020 para cerca de US$ 65,6 bilhões até 2031. Isso reflete a crescente demanda por soluções de armazenamento seguras e eficientes à medida que o hidrogênio se firma como combustível do futuro.

Em paralelo, o mercado de dispositivos eletrônicos à base de grafeno, que inclui sensores, supercapacitores e transistores, também mostra uma expansão acelerada. Estima-se que esse mercado crescerá de US$ 333,2 milhões em 2023 para US$ 1,9 bilhão até 2032, indicando uma busca intensa por tecnologias que aproveitem as propriedades únicas do grafeno, como alta condutividade e estabilidade química.

Essas projeções de crescimento destacam a importância de se desenvolver sensores de hidrogênio, que combinem inovação tecnológica com controle de qualidade e confiança nas medições. O gás hidrogênio (H2) tem sido amplamente estudado e utilizado por ser considerado um combustível promissor como alternativa mais limpa aos combustíveis fósseis. No entanto, o H2 pode ser considerado perigoso em certas circunstâncias devido às suas características como inflamabilidade, baixa energia de ignição, aparência incolor e inodoro. Desta forma, seu manuseio seguro e adequado e detecção precoce de eventuais vazamentos, são fundamentais para evitar acidentes ou incidentes perigosos relacionados ao hidrogênio.

Neste contexto, os sensores de óxido de grafeno (GO) são promissores para a detecção de H2 devido à sua alta sensibilidade, seletividade e área superficial. Além disso, esses sensores têm potencial para serem amplamente utilizados em aplicações no monitoramento de vazamentos de hidrogênio, segurança industrial e, também, na implementação de células a combustível.

O trabalho apresentado em forma de pôster durante o “Segundo Encontro Nacional do Fórum Grafeno” mostrou o desenvolvimento de um sensor flexível à base de GO proposto para detecção de H2 com alta precisão, seletividade e flexibilidade de uso. A H2Safe, startup que está sendo criada para a produção de sensores de referência, propõe o uso de um material de referência como substrato adsortivo para H2, que conferirá ao sensor alto grau de qualidade e confiabilida-

de na detecção e quantificação do referido gás.

Os primeiros testes de detecção de gás inerte mostraram resultados promissores: durante os testes realizados com o sensor baseado em GO, foi observado um comportamento elétrico característico em resposta à aplicação de tensão e à interação com gases. Quando exposto ao gás nitrogênio (N2), o sensor apresentou uma significativa redução na corrente elétrica, de 14 mA para 0,47 mA, indicando alta sensibilidade mesmo na presença de um gás inerte. Após a remoção do N2, a corrente começou a se recuperar, atingindo 10 mA após 5 min e 14 mA (estado inicial) após 10 min, demonstrando um comportamento de recuperação eficiente e estabilidade no segundo ciclo de exposição.

Foi calculada a taxa de recuperação em diferentes intervalos de tempo: • Após 5 min, o sensor recuperou 75 % da corrente inicial.

• Após 10 min, a recuperação atingiu 87,5 %, indicando uma estabilização progressiva em direção ao estado de equilíbrio inicial.

Esses resultados revelam que o sensor possui: 1.

Alta sensibilidade a mudanças no ambiente gasoso, evidenciada pela atenuação inicial significativa da corrente.

2.

Capacidade de recuperação consistente, com um perfil de recuperação rápida nos primeiros minutos e estabilização em ciclos subsequentes.

3.

Potencial para detectar gases mais reativos, como H2, devido à resposta clara observada mesmo com gases inertes.

Esses comportamentos destacam a eficiência do sensor e sua aplicabilidade em ambientes de monitoramento de gás.

Por não depender de eletrólitos e por ser funcionalizável, o sensor de grafeno pode apresentar maior seletividade e precisão, mantendo a performance em ambientes adversos, o que reduz significativamente os custos operacionais e os riscos associados ao monitoramento de hidrogênio. Porque não basta medir, é preciso medir com confiança, precisão e segurança!

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Artigo

Figura 1: (a) Protótipo do sensor piezoresistivo, fabricado à base de GO Hummers. (b) Medidas elétricas demonstrando a resposta piezoelétrica após três ciclos de aplicação de gás N2. (c) Resposta elétrica de três membranas obtidas a partir de três alíquotas diferentes de um mesmo lote de candidato a MRC de GO. (d) Resposta elétrica ao longo do tempo, demonstrando a tendência de recuperação do substrato adsortivo após aplicação de gás N2. A partir de 10 min após aplicação de pressão, a membrana apresenta taxa

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de recuperação de mais de 80 %. (e) Apresentação em forma de Pitch durante o DemoDay I do Desafio Nacional Granioter-MCTI. (f) Equipe H2Safe durante o evento Granioter Meeting 2025.

A H2Safe participou do Desafio Nacional Granioter – MCTI, um programa de pré-aceleração de tecnologias disruptivas em materiais avançados e minerais estratégicos e foi uma das 10 startups finalistas do desafio.

MODELAGEM E DESENVOLVIMENTO DE UM BANCO DE DADOS RELACIONAL INOVADOR PARA O “FÓRUM GRAFENO” Artigo

por Samuel Sampaio Diniz, Alexei Kuznetsov, Jailton Damasceno, Joyce Rodrigues de Araújo - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia - Xerém�RJ

D

esde sua fundação em 2022, o Fórum Grafeno tem se consolidado como um ambiente de discussão e troca de conhecimento, reunindo Instituições de Ciência & Tecnologia (ICT’s), indústrias e startups, interessados em explorar as infinitas possibilidades do grafeno, que possui propriedades que o tornam essencial em setores como eletrônica, energia e biomedicina, e que, além disso, segundo o relatório da Mordor Intelligence, tem um valor de mercado estimado em US$ 4,84 bilhões até 2029.

No entanto, o crescimento acelerado do Fórum trouxe desafios de gestão da informação. A expansão da comunidade e a crescente complexidade dos tópicos discutidos exigiam uma estrutura capaz de armazenar, organizar e interligar os dados gerados em larga escala. Foi a partir dessa necessidade que nasceu o projeto do banco de dados nacional, um marco para o Fórum e para a ciência do grafeno no Brasil.

Concebido como a parte inerente do crescente universo do grafeno, o banco de dados inovador, desenvolvido para o Fórum Grafeno, promete transformar a maneira como pes-

quisadores, empresas e instituições colaboram em processos de desenvolvimento de projetos de inovação envolvendo o uso de grafeno. Essa maneira consiste em um novo conceito de acesso as informações que surge como uma ponte entre as complexidades técnicas, regulatórias, mercadológicas, por um lado, e as possibilidades práticas do material mais promissor do século, por outro lado. Com uma estrutura robusta, a iniciativa visa dar novos rumos à gestão de informações e à conexão entre especialistas e desafios globais, tanto tecnológicos, como sociais.

A plataforma é uma demonstração clara da capacidade de tecnologias de informação, como banco de dados e estrutura de dados, resolverem problemas complexos. Utilizando modelagem Entidade-Relacionamento (ER) e técnicas avançadas como grafos e redes neurais, o sistema organiza o fluxo de informações com precisão e eficiência. A Figura 1 apresenta a estrutura conceitual do banco de dados, que inclui entidades como “Usuários”, “Instituições” e “Demandas”.

Figura 1: Modelo conceitual do sistema de banco de dados criado para o Fórum Grafeno, ilustrando a estrutura simplificada de dados que serviu de base para o desenvolvimento da plataforma.

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Artigo

O sistema também adota uma abordagem “Top-Down”, que permite partir de uma visão geral para detalhes específicos, garantindo uma integração fluida entre diferentes módulos.

Essa metodologia trouxe clareza e coerência ao projeto, ao alinhar a categorização de competências e demandas à realidade dos participantes do Fórum.

Além disso, um dos diferenciais mais notáveis da plataforma é seu mecanismo de matchmaking, que conecta diretamente as demandas, sejam elas por produtos ou serviços, às competências disponíveis. Inspirado na dinâmica de redes sociais, o sistema oferece uma interface amigável e intuitiva, facilitando a formação de parcerias e a troca de ideias.

O impacto da plataforma vai muito além da eficiência na gestão de dados. Ao facilitar a colaboração entre os stakeholders do Fórum, ela cria um ambiente propício à inovação e à geração de soluções práticas para desafios globais. Aplicações industriais, como energias renováveis, materiais avançados e tecnologias relacionadas ao complexo econômico industrial da saúde, encontram no sistema um aliado para acelerar o desenvolvimento de novas tecnologias.

A escalabilidade do banco de dados também é um destaque.

Projetado para expandir junto com a comunidade, ele está preparado para lidar com volumes crescentes de informações sem perder em performance. A Figura 2, atualizada em setembro de 2024, ilustra as principais entidades participantes do Fórum de acordo com sua classificação. No presente momento, já contamos com mais de 300 participantes.

Esse avanço tecnológico reforça a missão do Fórum de ser um espaço catalisador de inovações. Em um momento em que o grafeno desponta como protagonista de um futuro sustentável, essa nova ferramenta posiciona o Brasil como um centro de excelência no desenvolvimento do material.

Durante a apresentação oficial do banco de dados, a mensagem final deixou clara a responsabilidade de todos os envolvidos neste projeto: “O futuro do grafeno começa hoje e está em suas mãos. Nos cabe duas opções, sermos protagonistas nessa história ou meros coadjuvantes, qual será a escolha de vocês? ” Com esse chamado, o Fórum Grafeno inaugura uma nova era de possibilidades, desafiando sua comunidade a assumir a liderança e moldar o futuro da ciência e da tecnologia.

Distribuição das entidades participantes no Fórum Grafeno: Empresas representam a maior parte com 42,9 %, seguidas pelas Instituições de Ciência e Tecnologia (ICTs) com 41,7 %, enquanto “Outros” correspondem a 11,3% e as entidades do Governo contribuem com 4,2 %.

Figura 1. Apresentação do pesquisador Dr. Alexei Kuznetsov (Inmetro) sobre o banco de dados relacional do Fórum Grafeno.

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Figura 2. Apresentação do pitch do pesquisador colaborador do Inmetro Samuel Sampaio Diniz, estudante de Bacharel em Ciência da Computação - UFRJ, durante o desafio de ideias Granioter.

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COM A ALAVANCA DO FÓRUM O GRAFENO ENFIM CHEGA AO MERCADO por Joyce Araujo

GRAFENO, O

A

pós um ano de trabalho intenso, chegamos aos dias tão esperados em que aconteceu o “Segundo Encontro Nacional do Fórum Grafeno”. Nesta edição do evento, foram dois dias de intenso debate entre empresários, estudantes, pesquisadores e interessados na temática do grafeno. A seguir, veja um resumo dos principais acontecimentos nestes dois dias de evento.

Primeiro dia (28/11/25)

O início do evento contou com a solenidade da formação da mesa de abertura, onde foram chamados ao palco os organizadores do evento, são eles: ( Joyce Araujo, Chefe do Laboratório de Fenômenos de Superfície Filmes Finos/ INMETRO; Marco Colosio, Diretor Diretor Regional SP / SAE BRASIL / Especialista do Setor Automotivo; Rodrigo Coelho, Materiais e Fabricação Mecânica / SENAI CIMATEC; Rodrigo Vasconcelos Alves, Diretor / SENAI CIMATEC; Luiz Fernando Rust da Costa Carmo, Diretor de Metrologia Científica / INMETRO)

Foto 1 Abertura: Rodrigo Coelho, Luis Fernando Rust, Joyce Araujo, Rodrigo Vasconcelos, Marco Colosio

Artigo

O início do evento contou com as palestras do Diretor Executivo de Serviços e Operações do SENAI-Cimatec, Dr. Rodrigo Vasconcelos Alves, e do Diretoria de Metrologia Científica, Industrial e Tecnologia do Inmetro, o Dr. Luiz Fernando Rust da Costa Carmo. Nesse primeiro momento do evento, os palestrantes trouxeram a visão de cada uma das suas respectivas Instituições de Ciência & Tecnologia (ICT’s) acerca dos avanços nas pesquisas em grafeno ao longo destes 20 anos desde a sua descoberta. A autoridade representante do SENAI-Cimatec deu as boas-vindas aos participantes do evento e apresentou as potencialidades do centro na condução de trabalhos em Pesquisa, Desenvolvimento & Inovação em grafeno, fazendo uma ponte entre academia e mercado.

Foto 3: Palestra Dr. Luiz Fernando Rust da Costa Carmo

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Foto 2: Palestra Dr Rodrigo Vasconcelos Alves

O Dr. Luiz Fernando Rust Da Costa Carmo, representando o Inmetro, contou brevemente o histórico do Fórum Grafeno, desde sua criação em 2022 até o momento atual, enfatizando as diversas frentes em que o Inmetro vem atuando em grafeno, citando materiais de referência, avaliação da conformidade, base de dados, os trabalhos regulatórios que envolvem padronização e certificação do grafeno e materiais 2D relacionados, ou seja, a infraestrutura da qualidade necessária para gerar tração no mercado brasileiro em grafeno.

Artigo

Painel 1 – Inovação Tecnológica em Grafeno: Como Elevar os TRL´s dos Projetos em Grafeno de Forma Eficaz?

Palestrantes Painel 1: Prof. Dr. Marcos Pimenta, Professor Pesquisador / UFMG; Luiz Zamorano, Chefe de Engenharia de Carrocerias da América do Sul / Ford Motor Company; Benedito G. Aguiar Neto, Diretor Geral / MackGraphe; Silmar Baptista Nunes, Gerente de Novos Negócios / SENAI CIMATEC; A palestra do Professor Emérito, Prof. Dr. Marcos Pimenta, “Histórico das pesquisas sobre nanotubos e grafeno na UFMG” trouxe o histórico da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), do Instituto Nacional de Ciência & Tecnologia (INCT) de nanomateriais de carbono, juntamente com o histórico de atuação do CTNano na condução das pesquisas em nanotubos de carbono e grafeno, posicionando o Brasil como um dos líderes mundiais nas pesquisas sobre o assunto.

Foto 4: Palestra Prof. Dr. Marcos Pimenta

A segunda palestra do painel, “O Grafeno e a Indústria Automotiva” proferida pelo Engenheiro Chefe de Engenharia de Carrocerias da América do Sul da Ford Motor Company, Luiz Zamorano, trouxe exemplos de aplicações do grafeno em diversas parte do veículo, mostrando que o grafeno veio para ficar no setor automotivo, trazendo inúmeros benefícios tais como leveza e resistência mecânica das peças reforçadas com o nanomaterial.

Foto 5: Palestra Luiz Zamorano

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Artigo

Na sequência, o Diretor Geral do MackGraphe, Benedito G. Aguiar Neto, apresentou a palestra “Da conceituação da oferta de inovação ao mercado: a trajetória dos 20 anos do grafeno e a experiência de P&D do MackGraphe na transformação do conhecimento em inovação” onde pode mostrar a infraestrutura do centro em síntese e caracterização de grafeno e sua abrangência nacional e internacional por meio de parcerias estabelecidas com o setor produtivo.

Foto 6: Palestra Benedito G. Aguiar Neto

Após o momento de interação entre os participantes, foi a vez do Gerente de Novos Negócios do SENAI-Cimatec, Silmar Baptista Nunes, trazer as informações sobre financiamento e fomento voltados ao setor do grafeno com sua fala ““Oportunidades de fomentos para promover a inovação em projetos de P&D”. Silmar trouxe à luz as inúmeras possibilidades de fomento via editais Finep, EmbrapII, MCTI, CNPq entre outras agências nacionais que financiam pesquisa e inovação em projetos voltados à indústria.

Foto 7: Palestra Silmar Baptista Nunes

Neste mesmo painel, houve a palestra do R&D Business Management da General Motors do Brasil, Marco Colosio, falando sobre “Os desafios da validação de peças automotivas com grafeno”. Colósio trouxe ao público peças automotivas já contendo grafeno e ainda mencionou que estas peças se encontram em várias partes do veículo. Segundo ele, o desafio maior seria a padronização das misturas para gerar a confiança no segmento que é tão necessária para que não haja necessidade de recall em veículos e que as montadoras já sentem maior confiança na cadeia de suprimento global do grafeno. Colósio também reafirmou a importância do Fórum Grafeno ao longo desses 3 anos, sendo ele, um dos grandes incentivadores deste movimento, fazendo a ponte e as ICT’s e várias empresas Foto 8: Palestra Marco Colosio

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Artigo

Durante a mesa redonda do painel 1, muito foi falado sobre a passagem das tecnologias em grafeno pelo temido “vale da morte” e que, com o trabalho desenvolvido pelo Fórum Grafeno ao longo dos seus quase três anos de existência, aquilo que parecia um trabalho árduo e interminável no momento da sua criação, em 13 de abril de 2022, agora está praticamente superado, estando a matéria-prima grafeno presente em vários produtos que já estão na prateleira. As aplicações do grafeno e seus derivados já se multiplicam pelo mundo. Ele já pode ser encontrado na fabricação de eletrônicos, materiais compósitos e baterias. O tipo de grafeno que atingiu a maior parcela do mercado em 2024 são as nanoplaquetas ou nanoplacas de grafeno (NPG), constituídas por várias camadas de grafeno (limite de até 100 nm de espessura), segundo informações levantadas juntamente aos participantes do Fórum Grafeno. As indústrias: eletroeletrônica, aeroespacial, automotiva, de defesa e de energia encabeçam o consumo do nanomaterial, de acordo com o feedback dos stakeholders brasileiros.

Foto 9: Mesa Redonda Painel 1: Benedito G. Aguiar Neto, Silmar Baptista Nunes, Marco Colosio, Marcos Pimenta

Painel 2 - Normalização, Certificação e Aspectos Regulatórios Envolvendo Saúde Nanosegurança

O time do Inmetro apresentou seus trabalhos em grafeno neste segundo painel começando com a palestra dos pesquisadores Dr. Erlon Henrique Ferreira e Dra. Clara Almeida sobre o tema “Inmetro promovendo a infraestrutura da qualidade para o grafeno”. Durante a palestra os pesquisadores do Inmetro mostraram a infraestrutura dos laboratórios do Inmetro atuando em prol da produção de materiais de referência certificados, provimento de rastreabilidade metrológica e os trabalhos desenvolvidos pelos pesquisadores do Inmetro no âmbito da ABNT CEE-089 que versa sobre o desenvolvimento de normas de ensaio voltadas a nanotecnologias.

Foto 10: Palestra Dr. Erlon Henrique Ferreira e Dra. Clara Almeida

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Artigo

Foto 11: Palestra Dra. Joyce Rodrigues de Araujo

Um marco para o Segundo Encontro Nacional do Fórum Grafeno, foi a apresentação feita pela Coordenadora do Fórum Grafeno e Pesquisadora Chefe do Laboratório de Fenômenos de Superfície e Filmes Finos do Inmetro, Dra. Joyce Rodrigues de Araujo, onde discutiram-se aspectos acerca da Minuta do Regulamento de Avaliação da Conformidade para o grafeno que, após a etapa de consolidação dos pré-requisitos para definição da assinatura do grafeno a ser feita por laboratórios acreditados, passará para a etapa de consulta pública para posterior publicação no Diário Oficial da União. Foi consenso entre os participantes que tal regulamento poderá alavancar ainda mais inúmeras possíveis aplicações do grafeno, em especial àquelas que demandam cuidados com a saúde e meio ambiente.

Após esta fala, foi a vez do Prof. Dr. Guilherme F.B. Lenz e Silva trazer os trabalhos da ABCARB na palestra “ABCARB: 17 anos de história e uma paixão pelo carbono”. Neste momento podemos ver como esta associação vem contribuindo de forma significativa com as pesquisas em carbono no Brasil fazendo com que temas estratégicos como o uso do grafeno na agricultura e aspectos envolvendo saúde e meio ambiente sejam investigados

Foto 12: Palestra Prof. Dr. Guilherme F.B. Lenz e Silva

Ainda no primeiro bloco da parte da tarde, a Especialista em Pesquisa e Desenvolvimento, a Dra. Danielle Perondi da UCSgraphene, apresentou a palestra “Grafeno e Normatização: A atuação da UCSgraphene conectada aos avanços tecnológicos” mostrando a atuação da UCSgraphene nos grupos de trabalho da ABNT e envolvimento nas frentes de caracterização de grafeno por diversas técnicas de ensaio que serão necessárias para o estabelecimento da sua certificação, junto aos pesquisadores do Inmetro.

Foto 13: Palestra Dra. Danielle Perondi

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Após o coffee-break, o Chefe da Divisão de Metrologia de Materiais, Dr. Oleksii Kuznetsov, apresentou a palestra sobre “Base de dados nacional em grafeno”. Ele explicou que a expansão da comunidade pertencente ao Fórum Grafeno e a crescente complexidade dos tópicos discutidos exigiam uma estrutura capaz de armazenar, organizar e interligar os dados gerados em larga escala. Foi a partir dessa necessidade que nasceu o projeto do banco de dados nacional, um marco para o Fórum e para a ciência do grafeno no Brasil.

Foto 14: Palestra Dr. Oleksii Kuznetsov

A última palestra do primeiro dia foi a palestra da Pesquisadora Tecnologista da Fundacentro, Patrícia Moura Dias, onde ela falou sobre “Aspectos da Exposição Ocupacional à Nanomateriais”. Sua palestra foi extremamente importante pois trouxe para a discussão eventuais perigos envolvidos no manuseio de nanomateriais e quais as vias de exposição dos trabalhadores aos nanomateriais são mais comuns. Ela falou também sobre o uso de EPI’s e quais os cuidados necessários para mitigar o risco. Além disso, Patrícia mostrou como estamos em relação ao contexto internacional, onde normas européias vem sendo discutidas e balizando as discussões no Brasil.

Foto 15: Palestra Patrícia Moura Dias

Por fim, o primeiro dia terminou com uma mesa redonda com a participação dos palestrantes da parte da tarde. Muito foi falado sobre a certificação do grafeno e quais os pontos de atenção para o texto do regulamento final tais como a necessidade de minimizar os custos do processo de certificação para microempresas e startups e a necessidade de buscar organismos de certificação de produtos com experiência no assunto (certificação de produtos químicos, por exemplo) para viabilizar o programa de certificação a ser implementado em 2025.

Foto 16: Mesa Redonda Painel 2: Patrícia Moura Dias, Dr. Erlon Henrique Ferreira, Dra. Joyce Rodrigues de Araujo, Prof. Dr. Guilherme F.B. Lenz e Silva, Dra. Danielle Perondi, Millene Cleto da Fonseca, Dra. Clara Almeida, Dr. Oleksii Kuznetsov

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Artigo

Segundo dia (29/11/25) Painel 3 – “A Indústria do Grafeno e seus Produtos: do Laboratório à Prateleira” O segundo dia do evento foi repleto de conteúdos relacionados aos produtos das empresas que já se encontram nas prateleiras. Em relação à produção da matéria-prima grafeno, desmistificou-se o fato de que não havia grafeno sendo produzido no Brasil ainda, pois muitas empresas mostraram suas fábricas operando e com capacidade de suprir a demanda nacional e internacional que, seguramente, irá aumentar após a publicação do Regulamento de Avaliação da Conformidade para o Grafeno.

As empresas que participaram deste painel 3 foram: • HexoGraphene com a palestra “P&D&I na cadeia de valor do grafeno e óxido de grafeno, otimização de aplicações finais e tendências do mercado de grafeno” do diretor da empresa Sidney Nicodemos;

Foto 17: Palestra Sidney Nicodemos

• Gerdau Graphene representada pela Especialista em Produtos e Vendas Andressa Caroline de Assunção Rego com a palestra “NANOTECNOLOGIA EM ESCALA INDUSTRIAL: O papel do Grafeno na Melhoria de Desempenho em Matrizes Cimentícias” Foto 18: Palestra Andressa Caroline de Assunção Rego

• SOMA: A Nova Unidade de Negócios da Montana Química representada pelo Especialista RD&I Fernando Menegatti com a palestra SOMA: A Nova Unidade de Negócios da Montana Química; Foto 19: Palestra Fernando Menegatti

• Insight Grafeno representada pelo seu diretor Marcos Santos, com a palestra “Aplicabilidades em Resistências para Fornos de Panificação e Grafenário (DESFOLIATORE – Equipamentos para Nanotecnologias)”

Fotos 20: Palestra Marcos Santos

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Artigo

Tivemos um debate muito rico entre essas empresas, sendo a mesa composta por produtores e aplicadores do grafeno. No debate foi possível verificar que as empresas já desenham inúmeros produtos contendo grafeno e que, o apoio das ICT’s na caracterização e no P&D para otimização de formulações e maximização de propriedades, se faz fundamental.

Foto 21: Primeira Mesa Redonda Painel 3: Fernando Menegatti, Andressa Caroline de Assunção Rego, Dra. Joyce Rodrigues de Araujo, Marcos Santos, Sidney Nicodemos

Após o coffee-break, o painel 3 ainda contou com as palestras do centro de caracterização e unidade EmbrapII CTNano/ UFMG com a palestra “Da síntese de nanomateriais ao desenvolvimento de produtos avançados no CTNano/UFMG” conduzida pelo Dr. Rodrigo Gribel Lacerda, Coordenador Geral do CTNano, a palestra da Marcopolo “Aplicação de Grafeno na Marcopolo” pelo Engenheiro de Desenvolvimento Gregory Colleoni, a palestra da YGT Ventures and Investments “Acelerando a aplicação comercial do Grafeno através de investimentos estratégicos” por seu Co-Fundador e Diretor Ricardo Oliveira e, por fim a palestra do hub tecnológico Granioter “Granioter - Estabelecendo um Hub Tecnológico em Materiais Avançados no Brasil” pelo Coordenador Geral Maximiliano Martins.

Foto 24: Palestra Ricardo Oliveira

Foto 22: Palestra Dr. Rodrigo Gribel Lacerda

Foto 23: Palestra Gregory Colleoni

Foto 25: Palestra Maximiliano Martins

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Artigo

Esta mesa redonda trouxe um debate caloroso sobre o vale da morte e os desafios que as empresas enfrentam para superá-lo. Concluíram que a aproximação dos atores envolvidos em grafeno, em todas as etapas da cadeia, por meio do Fórum Grafeno, tem diminuído as distancias entre as empresas e as ICT”s e vem levando o grafeno a alcançar novas aplicações e novos mercados.

Foto 26: Segunda Mesa Redonda Painel 3

Painel 4 - Startups: Demandas e Competências: Matchmaking Entre Startups e ICT’s

Na parte da tarde, o evento contou com a palestra de três startups extremamente inovadoras e importantes no cenário atual da produção e caracterização de grafeno para abastecimento das empresas nacionais e internacionais: a startup FabNS representada pelo seu diretor Hudson Miranda com a palestra “Espectroscopia Raman Aplicada ao Controle de Qualidade de Grafeno Produzido em Escala Industrial”, a startup Biograph, representada por seu diretor Hugo Souza com a palestra “O Futuro do Mercado do Grafeno e, por fim a startup Neovision, representada por seu diretor Patrick Mendes com a palestra “Distribuições de Tamanho e Espessura de Grafeno por Espalhamento de Luz”

Foto 27: Palestra Hudson Miranda

Foto 28: Palestra Hugo Souza

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Artigo

Foto 29: Palestra Patrick Mendes

Foto 30: Palestra Tiago Hilário

Um acontecimento inédito no evento da edição de 2024 foi o “Desafio de Ideias” promovido pelo Granioter onde alunos de todos os níveis de formação expuseram seus trabalhos em uma apresentação no formato de “pitch” a fim de encontrar possíveis investidores para estes projetos. O Desafio de Ideias teve o seguinte tema “Grafeno (Soluções em Grafeno para a Indústria)” e foi conduzido pelo pesquisador Tiago Hilário coordenador de inteligência de mercado da GRANIOTER. Nesta competição de inovação tecnológica, os participantes apresentaram soluções tecnológicas disruptivas e viáveis para as áreas de compósitos, baterias, lubrificantes e ferramentas de inteligência artificial para tratamento de dados ou gerenciamento de processos envolvendo o grafeno.

O Desafio de Ideias trouxe dois projetos de inovação tecnológica em Grafeno para a competição: Samuel Diniz, estudante de ciências da computação da Universidade Federal do Rio de Janeiro, com a apresentação do trabalho “Base de Dados Relacional para o Fórum Grafeno” e Sanair Massafra, pós-doc pela Faperj, com o trabalho “Produção de nanocompósitos de PA-6 com nanoplacas de grafeno de lignina tratadas com plasma de O2”. Ambos são pesquisadores do Inmetro e desenvolvem suas pesquisas em parceria com membros do Fórum Grafeno: Samuel atua na criação de bases de dados em Grafeno, juntamente com a Granioter, e Sanair conta com a parceria do SENAI Mario Amato e da Professora Marisa C. Guimarães Rocha - Instituto Politécnico - Campus da Universidade do Estado do Rio de Janeiro na produção de formulações de nanocompósitos polímericos usando Grafeno de biomassa.

Foto 31: Palestra Samuel Diniz

Foto 32: Palestra Sanair Massafra

Foto 34: Palestra Marisa Guimarães

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Artigo

O ganhador do desafio foi Francislei Santa Anna Santos doutorando em Engenharia de Biomateriais pelo PPGBIOMAT-UFLA, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia (IFBA), com o projeto “Incorporação de Grafeno Vegetal em PET para Filmes Anti-UV: Um Caminho para a Agricultura Sustentável”.

Foto 33: Tiago Hilário e Francislei Santa Anna Santos, ganhador do Prêmio Desafio de Idéias, com o prêmio

Para 2025 esperamos entrar na “Segunda Fase do Fórum Grafeno”, momento este em que a tecnologia, agora mais

madura do que na criação em 2022, passará por desafios em relação a padronização e certificação das propriedades das misturas contendo grafeno. Com isso, o trabalho desenvolvido pelo Fórum continua sendo essencial no sentido de proporcionar a aproximação dos atores do grafeno. Agora nesta nova fase, pretende-se expandir o universo do Fórum Grafeno agregando profissionais de outros segmentos, já voltados aos debates sobre as aplicações do grafeno, e conectar os participantes do Fórum com atores internacionais.

Todo grande trabalho pode parecer difícil e complexo até que se dê o primeiro passo. O Fórum Grafeno já percorreu vários quilômetros desde sua criação, mas sabemos que ainda há muito por fazer. Venha com a gente e vamos em frente nesta caminhada em que o destino final consiste em sermos referência mundial na produção de grafeno e derivados com alto padrão de qualidade!!!

O próximo encontro on-line do Fórum Grafeno deverá ocorrer no mês de março, em data a confirmar, e o evento presencial ocorrerá nos dias 27 e 28 de novembro de 2025 no Rio de Janeiro (local a confirmar).

Joyce Araujo, Chefe do Laboratório de Fenômenos de Superfície e Filmes Finos (Lafes); Diretoria de Metrologia Científica e Tecnológica (Dimci); Divisão de Metrologia de Materiais (Dimat) INMETRO

Parceria com a empresa Britânica Versarien,

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GALERIA DE FOTOS SEGUNDO ENCONTRO FÓRUM GRAFENO

2024

º

Artigo

Foto �� Sacola Fórum na Recepção

Foto �� Rodrigo Coelho � SENAI CIMATEC, Rodrigo Vasconcelos Alvesr � SENAI CIMATEC� Joyce Araujo � INMETRO

Foto �� Alexandre Miranda, Leticia Machado, Antonio Assis � Brasil Grafite Mineração

Foto �� Benedito G. Aguiar Neto � MackGraphe, Marco Colosio � SAE BRASIL, Hállen Daniel Rezende Calado � CTNano �UFMG

Foto �� Isabela Vieira, Bruna Sá, Giuliana Mitri Luiz, Rondes Torin, Thiago Cipriano � SENAI SBC

Foto �� Udo Fiorini � Grupo Aprenda, Rodrigo Coelho � SENAI CIMATEC, Marco Colosio � SAE BRASIL, Joyce Araujo � INMETRO, Benedito G. Aguiar Neto � MackGraphe, Maximiliano Martins � GRANIOTER, Marcelo Oliveira � MackGraphe

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Artigo

Foto �� Clara Muniz de Almeida � INMETRO, Daniele Perondi � UCS GRAPHENE, Erlon Ferreira � INMETRO, Marcos Marocco � UCS GRAPHENE Foto ��� Erika Xaubet, Erika Ferreira, Hugo Sousa, José Roberto Segundo, Francielli Tonon, Marcelo Favarini � BIOGRAPH ATYPICAL

Foto �� Renato Pereira do Vale � Merck, Carla Decandio � Merck, Tarcisio Pimentel � SENAI CIMATEC

Foto �� Natalia Ladeira, Tiago Hilário, Tharcila Rocha, Luiza Patricio � GRANIOTER MCTI

Foto ��� Silmar Baptista Nunes � SENAI CIMATEC� Manuel Houmard, Welbert Luiz Silva � CTNano � UFMG

Foto ��� Sidney Nicodemos, Rodrigo Martins, Cristina Esteves � HEXO GRAPHENE� Thuany Marashin � UCS

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Artigo

Foto ��� Nancy Acevedo � UERJ, Wagner Santos � INSIGHT Grafeno, Valeria Ramos � UERJ

Foto ��� Liliane Landini, Sumair Araujo � IPEN CNEN SP

Foto ��� Marcos Santos � INSIGHT Grafeno, Sidney Nicodemos, Enzo Pergher � HEXO GRAPHENE, Guilherme F.B. Lenz e Silva � ABCARB

Foto ��� Hudson Miranda � FabNS, Joyce Araujo � INMETRO, Patricia Moura Dias � FUNDACENTRO

Foto ��� Rodrigo Martins, Enzo Pergher � HEXO GRAPHENE

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Artigo

Foto ��� Bianca Thomaz, Daniela Santos � FSA� Bruna Soares de Sá, Isabela Vieira, Rondes Tonin � SENAI SBC Foto ��� Rafael Silva � SENAI PR, Alexandre Santos � NANUM, Cristian de Souza Pinto � SENAI PR, Joyce Santos � NANUM, Eduardo Santos � SENAI PR

Foto ��� Stand CTNano – Rodrigo Gribel Lacerda, Manuel Houmard, Luciana Cambraia, Marina Prass Santos, Welbert Silva, Cláudio Laudares Silva

Foto ��� Stand BIOGRAPH ATYPICAL – José Roberto Segundo, Jessica Sales, Douglas Rocha, Erika Xaubet, Eduardo Martins, Hugo Sousa

Foto ��� Dorival Alves Rocha Jr, Cássia Ruoso, Wania Christinelli, Andressa Rego � GERDAU GRAPHENE� Joyce Araujo � INMETRO

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 52

Artigo

Foto ��� Poster de Camila Miranda Duarte � SENAI CIMATEC

Foto ��� Poster de Claudemir Gracino � SKINTECH OCSiAL� Fabiele Tavares, Joyce Araujo � INMETRO

Foto ��� Milene Cleto da Fonseca, Oleksii Kuznetsov � INMETRO

Foto ��� Stephen Hodge � VERSARIEN PLC� Fernando Menegatti Melo, Ana Luiza Silva Furtado, Leonardo Cuin � Montana Química – SOMA

Foto ��� Stand BIOGRAPH ATYPICAL Foto ��� Stand SENAI CIMATEC - Francisco Araujo FORTLEV, Rodrigo Coelho - CIMATEC

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Artigo

Foto ��� Stand GRANIOTER MCTI – Tharcila Fontana Rocha, Luiza Aragão Patricio, Maximiliano Martins, Joyce Araujo, Tiago Hilário Ferreira, Natália Maria Ladeira Foto ��� Stand CTNano

Foto 31: Auditório

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 54

Artigo NANOPLACAS DE GRAFENO RENOVÁVEIS COMO CARGA DE REFORÇO: A NOVA GERAÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS POLIMÉRICOS por Sanair Massafra de S. Palheta�, Iann Micael dos Santos M. de Almeida�, Romulo Q. Fratari�, Giuliana De Mitri Luiz � , Irina Marinho Factori �, Joyce Rodrigues de Araújo�.

O

Introdução

s nanocompósitos poliméricos, compostos por matrizes poliméricas reforçadas com nanocargas como óxido de grafeno, nanotubos de carbono e nanoplacas de grafeno (GNPs), têm atraído grande atenção devido ao seu potencial de melhorar propriedades mecânicas, térmicas e elétricas dos polímeros. Esses materiais têm potencial em diversas áreas de aplicação, incluindo revestimentos antiestáticos, proteção eletromagnética, revestimentos resistentes à corrosão e aprimoramento das propriedades mecânicas, elétricas e térmicas dos polímeros, que podem ser obtidas com baixas quantidades dessas nanocargas [1].

A produção de nanomateriais de carbono enfrenta desafios, especialmente em larga escala, devido ao uso de agentes oxidantes agressivos e da dependência do grafite como matéria-prima, um recurso não renovável. Alternativas mais sustentáveis vêm sendo desenvolvidas, incluindo a conversão de lignina, um componente abundante presente em biomassas, em GNPs. O método de conversão da lignina em GNPs, desenvolvido no Laboratório de Fenômenos de Superfícies e Filmes Finos - LAFES do Inmetro, envolve etapas controladas de pré-tratamento, pirólise e esfoliação mecânica.

A poliamida-6 (PA-6) é um polímero amplamente utilizado em aplicações industriais, como fibras têxteis, filmes e peças moldadas no setor automobilístico, devido às suas destacadas propriedades mecânicas e térmicas. Contudo, essas vantagens são acompanhadas de limitações, como absorção de umidade e resistência moderada ao impacto [2]. A incorporação de nanocargas, como as nanoplacas de grafeno surge como uma solução promissora para superar essas limitações.

Embora não haja estudos recentes específicos sobre PA-6 e GNPs tratadas com plasma de oxigênio, pesquisas relacionadas demonstram melhorias significativas em propriedades mecânicas e térmicas de nanocompósitos com GNPs funcionalizadas.

Nesse sentido, Cataldi e colaboradores investigaram nanocompósitos de polihidroxialcanoato (PHA) com GNPs e híbridos de GNPs e nanofibras de carbono (CNFs), observando que a adição de GNPs melhorou a estabilidade térmica e o módulo de Young dos nanocompósitos [3]. Além disso, a condutividade elétrica e a eficácia de blindagem eletromagnética foram significativamente aprimoradas com a adição de híbridos de GNPs e

CNFs. Embora esse estudo não envolva diretamente a PA-6, ele indica que a funcionalização de GNPs e sua incorporação em matrizes poliméricas pode levar a melhorias significativas nas propriedades dos nanocompósitos.

Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo investigar as propriedades mecânicas de nanocompósitos de matriz polimérica de PA-6 reforçada com GNPs obtidas a partir de lignina. Para aprimorar a interação entre as fases, foi realizado um tratamento por plasma de O₂ na superfície das GNPs, incorporando grupos funcionais oxigenados que aumentaram a afinidade da nanocarga com a matriz polimérica.

Metodologia

Para produção dos nanocompósitos, a empresa Radiciplastic Ltda. forneceu a poliamda-6 (Radilon S 32F 100 NT) com índice de fluidez (MFI) de 5,4 g 10 min -1. As nanoplacas de grafeno fabricadas a partir de lignina foram produzidas pela metodologia descrita por Rocha et al. [4]. Após a síntese das GNPs, as mesmas foram funcionalizadas por meio de tratamento a plasma de O2 utilizando um reator de plasma indutivo (Figura 1) com a potência de 100 W por 30 minutos.

Figura 1: Reator de plasma indutivo.

Após a produção e tratamento, as GNPs foram adicionadas à matriz polimérica na concentração de 10 wt.% para obtenção dos masterbatches. Em seguida os masterbatches foram diluídos nas concentrações de 0,5, 1,0, 2,0 e 3,0% em massa.

Os nanocompósitos foram obtidos pelo método de extrusão em extrusora monorosca (40 rpm de rotação e temperaturas entre 235 e 260 °C) e injeção (Figura 2).

Figura 2: Etapas do processamento dos nanocompósitos: a) extrusora mono rosca; b) masterbatchs PA-6 /GNP 10 wt.%. c) injetora d) corpos de prova.

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Artigo

A avaliação das propriedades mecânicas oi realizada a partir dos dados obtidos por ensaios de tração em uma máquina universal no modo tração, até a ruptura, com velocidade constante de 50 mm min-1.

Resultados e discussões

Os resultados obtidos nos ensaios mecânicos para as propriedades mecânicas Módulo de Young, Limite de resistência e alongamento na ruptura são apresentados nos gráficos da Figura 3.

A incorporação das GNPs à matriz de PA-6, submetidas a tratamento com plasma de oxigênio, resultou em um notável incremento nas propriedades mecânicas dos nanocompósitos. Observou-se um aumento de 30 % na resistência à tração e de 37 % no módulo de Young para a amostra PA-6 com 1,0 wt.% de GNPs tratadas. Além disso, houve uma redução em 80 % no alongamento na ruptura na mesma formulação. Esses resultados indicam uma eficaz interação interfacial entre a matriz polimérica e as nanocargas, atribuída ao tratamento com plasma, que promoveu a funcionalização da superfície das GNPs, favorecendo as interações entre as fases.

Conclusão Os resultados obtidos indicaram uma eficiente dispersão e forte interação entre as nanoplacas de grafeno tratadas por plasma de O2 e a matriz polimérica. Mostrando o potencial das GNPs provenientes de biomassa como alternativa viável e sustentável para a produção de nanocompósitos de alto desempenho. Além das melhorias mecânicas, essa abordagem também contribui para a redução do impacto ambiental associado à produção de nanomateriais convencionais. O uso de nanoplacas de grafeno derivadas de fontes renováveis não apenas promove a sustentabilidade industrial, mas também apresenta aplicações promissoras em áreas como a indústria automotiva e outros setores que demandam materiais de alta performance e baixo impacto ambiental.

Agradecimentos À FAPERJ pela bolsa concedida n º 2013.04093.1. Ao SENAI- Mario Amato em São Bernardo do Campo- SP e à Professora Renata Antoun Simão e ao bolsista Olavo Teixeira Neto pela colaboração na tecnologia em plasma.

Referências 1Faridirad, F. et al, Polyamide/Carbon Nanoparticles Nanocomposites: A Review, Polym. Eng. Sci., v. 57, 475494, 2017.

2Erdmann, E. et al., Characterization of HDPE / Polyamide 6/ Nanocomposites Using Scanning-and Transmission Electron Microscopy. Macromol. Symp., v. 258: 8289, 2007.

3- Cataldi, P. et al., Multifunctional Biocomposites Based on Polyhydroxyalkanoate and Graphene/Carbon Nanofiber Hybrids for Electrical and Thermal Applications. ACS Appl. Polym. Mater, 2, 8, 3525–3534, 2020 4- Rocha D. et al., Towards an enhanced nanocarbon crystallization from lignin, Carbon, 203: 120-129, 2023.

Figura 3: Propriedades mecânicas módulo de Young, resistência à tração e alongamento na ruptura, em função da concentração de GNPs na matriz de PA-6.

Sanair Massafra de S. Palheta1, Iann Micael dos Santos M. de Almeida1, Romulo Q. Fratari1, Giuliana De Mitri Luiz 2 , Irina Marinho Factori 2, Joyce Rodrigues de Araújo1.

1.Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia –INMETRO 2.SENAI São Bernardo do Campo- Mario Amato

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Artigo

QUANTIFICANDO O NÚMERO DE CAMADAS DE DIFERENTES TIPOS DE GRAFENOS por Karoline Charles B. Martins�, Jéssica M. De Mélo Luzardo�, Joyce Rodrigues De Araújo�

E

Resumo

ste trabalho realizou a caracterização dimensional do óxido de grafeno (GO), candidato a material de referência certificado (MRC) e do biografeno, produzido de forma sustentável a partir de lignina. Utilizando microscopia de força atômica (AFM), comprovou-se, tanto no GO como no biografeno, a uniformidade e a baixa quantidade de camadas das nanofolhas, enquanto análises Raman e DRX confirmaram as propriedades estruturais distintas: grupos oxigenados no GO e estrutura cristalina no biografeno. O protocolo de preparo desenvolvido foi incorporado à norma ABNT/CEE-089, destacando sua relevância prática. Os resultados reforçam a importância do GO na padronização industrial e posicionam o biografeno como uma alternativa sustentável e acessível, contribuindo para o avanço do mercado de grafeno.

O

Introdução

grafeno é um material bidimensional constituído por uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma estrutura hexagonal, destacando-se por sua elevada razão entre área superficial e espessura [1]. O óxido de grafeno (GO), que apresenta uma estrutura hexagonal semelhante ao grafeno, é obtido pela oxidação e esfoliação do grafite, o que promove uma modificação oxidativa significativa no plano basal [1]. Esse material exibe propriedades vantajosas em relação ao grafeno, como maior solubilidade e estabilidade em meios aquosos [2]. Além disso, o GO pode ser reduzido a óxido de grafeno reduzido (rGO) por processos químicos ou térmicos, nos quais a maioria dos grupos funcionais é eliminada [3].

Diversos setores industriais têm se beneficiado das propriedades únicas do GO, que é amplamente utilizado em compósitos, revestimentos, sensores, materiais cimentícios e embalagens plásticas, entre outras aplicações [4]. O mercado global de grafeno está em plena expansão, com projeções de atingir US$ 305 milhões até 2025, sendo 30 % desse mercado direcionado ao segmento eletrônico e 20 % ao setor automobilístico [5].

A crescente demanda por grafeno ressalta a importância de sua padronização e normalização, assegurando confiabilidade, rastreabilidade e uniformidade nos processos industriais [6]. Nesse contexto, os “Materiais de Referência” (MRs) e “Materiais de Referência Certificados” (MRCs) desempenham um papel crucial na padronização global de sistemas de medição e na acreditação de laboratórios [7]. Neste estudo, o GO candidato a MRC foi sintetizado pelo método de Hummers modificado que emprega permanganato de potássio, ácido sulfúrico e nitrato de sódio para transformar o

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grafite em grafeno [8].

Embora os métodos tradicionais de produção de grafeno apresentem desafios relacionados a custos, eficiência e sustentabilidade, uma abordagem inovadora foi desenvolvida para a produção de grafeno a partir de biomassas ricas em lignina [9]. O método Biograph, patenteado, possibilita a produção de nanoplacas de grafeno, preenchendo lacunas industriais e viabilizando aplicações em larga escala em setores como nanocompósitos poliméricos e materiais cimentícios [9].

Normas recentes, como a ABNT ISO/TS 80004-13:2023 – “Nanotecnologias: Vocabulário Parte 13: Grafeno e materiais bidimensionais (2D) relacionados”, e a ABNT ISO/TS 21356-1:2023 – “Caracterização estrutural do grafeno Parte 1: Grafeno na forma particulada e em dispersões”, fornecem diretrizes essenciais para a classificação e caracterização desses materiais, promovendo sua aplicação padronizada e confiável.

Na nanometrologia dimensional, a técnica de AFM desempenha um papel fundamental ao caracterizar a morfologia das nanofolhas, revelando dados sobre sua topografia como a altura, tamanho lateral, integridade e características específicas, como as dobras. Essa técnica é amplamente utilizada para determinar o número de camadas e suas espessuras, parâmetros cruciais para avaliar a qualidade do material [10].

Um grafeno com grande número de camadas se aproxima das propriedades do grafite, como ilustrado na Figura 1.

Identificar a classificação correta do grafeno é essencial para garantir sua aplicação adequada, já que diferentes dimensões do material atendem a demandas específicas.

Artigo

Neste trabalho, foi realizada a análise dimensional do GO candidato a MRC, produzido pelo método de Hummers modificado, e do biografeno obtido a partir de lignina pelo método Biograph. Ambos os projetos foram conduzidos no Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO).

Resultados

Figura 1. Representação dos diferentes materiais derivados do grafeno, conforme a Norma ABNT ISO/ TS 80004-13 de 2023. Os materiais são classificados de acordo com o número de camadas de grafeno e suas características estruturais: (1LG) grafeno monocamada; (2LG) grafeno bicamada; (FLG) grafeno de poucas camadas; (GNP) nanoplacas de grafeno e o grafite, formado por camadas de grafeno na escala tridimensional.

Fonte: elaborado pelos autores

Para alcançar os objetivos desta pesquisa, foi desenvolvido um protocolo de preparo de amostras para as técnicas de microscopia como a AFM, assegurando a dispersão uniforme das nanofolhas sobre os substratos. Esse protocolo otimiza a qualidade das imagens obtidas e foi incorporado à Norma ABNT/CEE-089.

Figura 2. Análise AFM de GO candidato a MRC. A) Imagem de nanofolhas de GO sobrepostas. A linha branca representa o perfil de altura desenvolvido ao longo de 2,8 µm. B) Gráfico correspondente ao perfil de altura da linha na imagem A, mostrando variações de altura entre 0 nm e 12 nm, com picos localizados em regiões específicas de dobras.

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 58

Artigo

Figura 3. Análise de Diâmetro de Feret Médio de partículas de GO candidato a MRC. A) Imagens de AFM de partículas de GO, com seus respectivos resultados de segmentação em preto e branco para análise de concentração e diâmetro de Feret. Um total de 109 partículas foram contabilizadas. B) Gráfico de distribuição de frequência do diâmetro de Feret médio das partículas, exibindo uma curva gaussiana ajustada. A maioria das partículas apresenta diâmetro entre 0,5 e 1,5 µm, com distribuição decrescente para valores maiores

Figura 4. Caracterizações do GO candidato a MRC. A) O espectro Raman apresenta as bandas típicas do GO, onde a banda G em (∼1580 cm⁻¹) indica regiões ordenadas e a banda D (∼1350 cm⁻¹) reflete a introdução de grupos oxigenados. B) Difratograma de raios X da amostra de GO, candidato a MRC,

Figura 5. Imagem de nanofolha do biografeno, obtida por AFM. A) linha horizontal representa o perfil de altura analisado ao longo da extensão de 765 nm. B) Gráfico correspondente ao perfil de altura da linha na imagem A, mostrando variações de altura das nanofolhas entre 0 nm e 5 nm, com picos nas regiões de dobras.C,

Figura 6. Caracterização do biografeno obtido pelo método Biograph.A) Espectro Raman mostrando presença das bandas D(∼1350cm −1) e G(1584 cm −1).B) Difratograma de raios X da amostra de Biografeno que exibem dois picos de difração amplos centrados em valores de 2θ em torno de 24o e 44o onde primeiro corresponde a picos de difração de planos basais da estrutura do grafite e o segundo se correlaciona com reflexões de Bragg sobrepostas de planos cristalográficos de polimorfos hexagonais de grafite.

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Artigo

Conclusão

Este estudo ressaltou a importância do óxido de grafeno (GO) candidato a material de referência certificado e do biografeno, produzido de maneira sustentável a partir de lignina. Na análise dimensional, o GO apresentou uma distribuição concentrada de diâmetros médios de Feret entre 0,5 e 1,5 µm e variações de altura de até 12 nm, associadas às dobras estruturais. Já o biografeno, apresentou espessuras de até 5 nm, demonstrando ser um nanocarbono de poucas camadas.

As caracterizações espectroscópicas revelaram aspectos estruturais essenciais: o GO exibiu bandas Raman típicas de regiões ordenadas e oxidadas, enquanto o biografeno apresentou um espectro que reflete sua estrutura cristalina e padrões de difração característicos dos materiais de grafeno.

Esses resultados destacam a viabilidade do uso da biomassa para obtenção de biografeno como uma alternativa de menor custo e impacto ambiental, enquanto o GO se posiciona como um material de referência com excelente estabilidade e versatilidade.

A aplicação dos protocolos desenvolvidos, já incorporados à norma ABNT/CEE-089, reforça a relevância prática deste trabalho. Esses materiais apresentam um grande potencial para impulsionar a padronização e a inovação tecnológica, especialmente em setores como eletrônica, compósitos e revestimentos, consolidando suas aplicações como pilares no avanço industrial sustentável.

Agradecimentos Agradecemos aos pesquisadores Dr. Braulio Soares Archanjo, a Dra. Clara Almeida e a Dra. Fernanda Marques pelo auxílio na aquisição das imagens de microscopia.

Referências [1] ABNT ISO/TR 19733, “Nanotecnologias — Matriz de propriedades e técnicas de medição para grafeno e materiais bidimensionais (2D) relacionados ” 1ª edição, 2023.

[2] WICK, P. et al., “Classification Framework for Graphene-Based Materials”, Angewendte Chemie, Switzerland, v.53, p.7714-7718, 2014.

[3] ADETAYO, D., RUNSEWE, D., “Synthesis and Fabrication of Graphene and Graphene Oxide: A Review”, Open Journal of Composite Materials, v. 09, n. 02, p. 207–229, 1 jan. 2019.

[4] RAZAQ, A. et al. “Review on Graphene-, Graphene Oxide-, Reduced Graphene Oxide-Based Flexible Composites: From Fabrication to Applications” Materials, v. 15, n. 3, p. 1012, 2022.

[5] CHAGAS, D. C. “Viabilidade Técnico-Econômica do Óxido de Grafeno”, Brazilian Journal of Development, v.

7, n.1, p. 6777-6792, 2021.

[6] AMADEI, C. A., ARRIBAS, P., VECITIS, C. D. “Graphene Oxide Standardization and Classification: Methods To Support The Leap From Lab To Industry”, Carbon, v. 133, p.

398–409, 1 mar. 2018.

[7] DONATO, K. Z. et al. “Graphene Oxide Classification and Standardization”, Scientific Reports, v. 13, n. 1, 13 abr. 2023.

[8] HUMMERS JR, W. S., OFFEMAN, R. E. “Preparation of Graphitic Oxide”, Journal of the American Chemical Society, v. 80, n. 6, p. 1339-1339, 1958.

[9] ROCHA, D. et al. “Towards an Enhanced Nanocarbon Crystallization from Lignin”, Carbon, v. 203, p. 120– 129, 2023.

[10] PAREDES, J. I. et al. “Atomic Force and Scanning Tunneling Microscopy Imaging of Graphene Nanosheets Derived From Graphite Oxide”, Langmuir, v. 25, n. 10, p.

5957–5968, 2 abr. 2009.

Karoline Charles B. Martins 1, Jéssica M. De Mélo Luzardo 1, Joyce Rodrigues De Araújo 1

1 - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, Laboratório de Fenômenos de Superfície e Filmes Finos.

Figura 7. Apresentação do trabalho no 2º Encontro do Fórum Grafeno.

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 60

Artigo

UM MODELO DE TRANSFORMAÇÃO DO CONHECIMENTO EM INOVAÇÃO COM FOCO EM DEMANDAS DO MERCADO

U

por Aguiar Neto, B.G� Oliveira, M.S� Fechine, G.J.M

ma visão de vanguarda do Mackenzie torna realidade um projeto inovador de pesquisa e desenvolvimento de aplicações do grafeno que coloca o Instituto de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias (MackGraphe) em posição de destaque no cenário científico e tecnológico do país.

O começo

O que parecia ser coisa do futuro já é uma realidade no nosso país onde os resultados alcançados nas pesquisas com grafeno, aplicadas ao desenvolvimento de nanotecnologias, avançam a passos largos e podem garantir a independência tecnológica brasileira no setor.

Material de características singulares, o grafeno foi objeto de muita atenção no país e em todo o mundo, e grupos de pesquisa correram em busca de oportunidades e adesão à onda de entusiasmo de possíveis aplicações, desde que o referido material foi descoberto em 2004 pelos físicos Andre Geim e Konstantin Novosolov, o que lhes rendeu o Nobel de Física recebido em 2010.

A Universidade Presbiteriana Mackenzie foi umas instituições pioneiras no país nessa corrida e uma das primeiras a criar um centro de pesquisas focado em gerar conhecimento por pesquisas em torno do novo material, e desenvolver aplicações com foco em possíveis demandas do mercado. Surge, portanto, o Centro de Pesquisas Avançadas em Grafeno e Nanotecnologias (MackGraphe) como centro de pesquisas especializado em engenharia de materiais, com caráter multidisciplinar, integrando pesquisadores das áreas de química, física e engenharia elétrica às áreas de ciência e engenharia de materiais.

Antes, porém, de iniciar um relato da história e atividades atuais do MackGraphe, é importante ressaltar a escalada científica que a instituição Mackenzie vem percorrendo.

Após a virada do século, a Universidade Presbiteriana Ma-

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ckenzie (UPM) inicia um processo de maiores contratações de professores doutores para compor seu quadro docente nas suas diferentes unidades. Isso aconteceu de forma intensificada na Escola de Engenharia (EE), com a união da competência técnico-científica à tradição em ensino que rendeu uma significativa melhoria dos índices de publicações científicas e níveis dos programas de pós-graduação nos anos subsequentes. Esse crescimento científico alçou diversas áreas da UPM ao estabelecimento de competências que atualmente se destacam em âmbito nacional e internacional. Um desses casos veio com a criação do MackGraphe, tendo sua idealização no ano de 2012. A ideia parte de uma demanda para um laboratório de fotônica, o qual iria explorar as capacidades do grafeno para essa área específica. Esse encaminhamento foi fruto de proposta de colaboração entre pesquisadores da UPM, e da National University of Singapore (NUS) na referida área. Naquele ano, o prof. Benedito G. Aguiar Neto era o reitor da UPM, doutor em engenharia elétrica, o que facilitou a compreensão e importância dessa oportunidade científica. Oriunda dessa demanda surgiu a oportunidade de visitar a NUS, o que ocorreu nos primeiros meses de 2012, capitaneada pelo prof. Aguiar Neto que assinou um acordo de cooperação com NUS. Durante essa visita percebeu-se uma grande oportunidade de dar um salto científico ambicioso dentro da UPM, e a ideia de um laboratório dedicado a fotônica se transformou na construção de um Centro de Pesquisa que absorveria não apenas a fotônica, mas outras áreas como química, física e ciência e engenharia de materiais, unindo competências de muitos professores da EE

Artigo da UPM. Essa ideia, bastante estratégica para o momento, foi encaminhada pela Reitoria ao Conselho Deliberativo do Instituto Presbiteriano Mackenzie (IPM) que, com visão de futuro, apoiou o desafio, aprovou a proposta e autorizou a construção do Centro de Pesquisas.

Um espaço dedicado a pesquisa e desenvolvimento

A construção do prédio do MackGraphe foi iniciada em dezembro de 2012, o que levou a demolição de um antigo prédio de dois andares localizado bem no centro do campus de Higienópolis. Muitos desafios foram superados para essa construção, principalmente por se localizar no meio do campus o que poderia atrapalhar a dinâmica da universidade. O investimento para construção do prédio com 4.230 m2 foi, à época, cerca R$ 40 milhões com recursos integrais do IPM. Adicionalmente, foram investidos cerca de R$ 10 milhões, por meio de projeto aprovado em 2013 pela Fundação de Apoio a Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP, dentro de uma linha de fomento denominada “Chamada SPEC” (São Paulo Excelent Chair, processo no 2012/50259-8).

Esse apoio da FAPESP foi fundamental para a aquisição dos

primeiros equipamentos específicos do MackGraphe e representou à época um dos maiores investimentos da agência de fomento a um único projeto. Hoje, o investimento total em infraestrutura e equipamentos ultrapassa R$ 100 milhões.

O prédio, concebido inicialmente para 4 pavimentos, logo foi ampliado para 9 pavimentos, dois deles no subsolo onde se instalou a sala limpa com 180 m2 de área classificada, e os demais pavimentos ocupados por 23 laboratórios que viriam a ser organizados posteriormente em função das afinidades temáticas e de aplicações, além de um auditório para 200 pessoas e ambiente confortável para os pesquisadores permanentes e para as atividades de gestão. A inauguração do prédio se deu em 2016, com a presença do Nobel Andre Geim em reconhecimento ao grande empreendimento que se instalava no país, e que traria imensos benefícios à ciência e tecnologia em uma área desafiadora, contudo promissora.

Além da infraestrutura laboratorial, estão disponíveis hoje espaços para reuniões, e outros espaços específicos para acolhimento aos pesquisadores, convidados e alunos de mestrado e doutorado, além de um ambiente específico para ideação e conceituação de projetos de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D).

Somos um Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT) especializado em Pesquisa e Desenvolvimento (P&D), com foco na aplicação de nanotecnologias como soluções inovadoras para o mercado, em estreita colaboração com a indústria.

Pilares de atuação

Especialização em nanomateriais: Síntese e caracterização de nanomateriais, com ênfase no óxido de grafeno.

Pesquisa e desenvolvimento (P&D): Projetos voltados para soluções inovadoras, com foco nas necessidades do mercado.

Serviços de caracterização: Serviços especializados em caracterização de grafeno e tecnologias associadas.

Rua da Consolação, 930 Consolação - São Paulo - SP (11) 2766-7270 mackgraphe@mackenzie.br mackenzie.br/mackgraphe

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Artigo Junto com a construção do prédio e a colaboração científica com a “National University of Singapore”, foi fundamental o apoio continuado das agências de fomento FINEP, FAPESP, CNPq, e MackPesquisa (Fundo de Pesquisa do IPM), pela aprovação de projetos de P&D ao longo dos anos, que alcançou o seu ápice em 2024 com a aprovação de projetos no valor total de R$ 29 milhões, decorrentes do processo contínuo do aumento do escopo de projetos de P&D, com foco em inovação, e pelo apoio do IPM à ampliação, modernização e conservação da infraestrutura.

Assim, o MackGraphe desenvolve P&D como soluções tecnológicas nas áreas de Materiais Compósitos, Energia, Fotônica e Biotecnologia, sendo esta última implantada nos últimos dois anos, e tem como objetivo estratégico desenvolver nanotecnologias atuando em toda a cadeia de valor do processo estruturado de inovação, por meio de soluções com valor econômico agregado.

Em 2019, o MackGraphe deixa de ser uma unidade da Universidade Presbiteriana Mackenzie e se torna uma uni-

dade independente mantida do IPM, alterando-se sua designação para “Instituto Mackenzie de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias”. Nessa nova estrutura de governança o MackGraphe passa a ter maior flexibilidade nos processos administrativos internos, dentro do ecossistema Mackenzie, ao ter sua governança ligada diretamente ao IPM. Em 2023, é implantado um novo modelo de gestão no MackGraphe que considera o conjunto de elementos primordiais relacionados ao desafio de transformar o conhecimento em inovação, na busca de respostas rápidas e eficientes às demandas de P&D. O novo modelo, concebido em torno de eixos e pilares, parte da compreensão clara dos objetivos, como Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT), da abrangência da atuação e a forma como interagem os elementos do ecossistema no qual está inserido, na direção de explicitar o que o MackGraphe faz, como faz e o que pretende alcançar como proposta de valor.

Os eixos norteiam os princípios gerais da estratégia de inovação, considerando como recurso estratégico a “ciência e a tecnologia” aliadas ao conhecimento tácito dos parceiros industriais para o trabalho colaborativo em P&D.

O eixo “propósito” especifica o foco das atividades, tanto de P&D quanto voltadas à prestação de serviços de base tecnológica, na direção de se alcançar valor econômico agregado. Mesmo projetos de natureza acadêmica, com forte exploração da base científica, devam ter a sua centralidade na perspectiva de inovação. O eixo “Domínio” estabelece a abrangência de atuação das soluções tecnológica, correlatas aos propósitos do MackGraphe. O eixo “Lógica” define a

forma de atuação do MackGraphe com relação às interações entre os atores do ecossistema no qual está inserido norteando estratégias de parcerias que se mostrem estratégicas para a proposta de valor.

Os Pilares, por sua vez, alinhados aos eixos estratégicos, orientam as ações integradas transversais amplas entre os atores do ecossistema de inovação. Portanto, estão relacionados à execução da estratégia de inovação.

Uma nova estrutura de governança e de gestão da inovação

Tabela 1 – Eixos do Modelo de Gestão da Inovação

Tabela 2 – Pilares do Modelo de Gestão da Inovação

O conjunto de ações estratégicas transversais entre os atores envolvidos contribuem para a geração e aproveitamento do conhecimento existente, criando um ambiente propício à definição da oferta de inovação e as condições para a sua

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consecução. Assim, por meio da integração de competências cria as devidas condições para que projetos de P&D sejam direcionados a inovação para a devida de exploração econômica dos resultados(Ver Fig. 1).

Artigo

Fig. 1 – Contexto geral do conhecimento para inovação

dos como de “potencial de inovação” serem a base da geração do conhecimento científico e tecnológico.

Fig. 3 – Progressão da Agenda de Inovação

Assim, o desenho da estratégia de inovação do MackGraphe está calcado em pilares que representam diretrizes que se desdobram em ações estratégicas transversais a serem implementadas ao longo da vigência do seu Plano Diretor e devem repercutir diretamente no estabelecimento da Agenda de Inovação. A Agenda de inovação é, portanto, o desdobramento dos Pilares no conjunto dos projetos de P&D, classificados em função do respectivo perfil, se relacionados a parcerias externas ou oriundos do próprio ecossistema interno de inovação. Na construção da agenda de inovação é dada maior prioridade mais alta aos projetos demandados pela indústria, conforme ilustra a Fig. 2.

Fig. 2 – Agenda de inovação

Com foco em soluções para o mercado, a Agenda de Inovação do MackGraphe estabelece como prioridade a execução de projetos “demandas de empresas”, conforme ilustrado na Fig. 3, em geral, projetos com maior maturidade tecnológica, não obstante os projetos de natureza acadêmica,W classifica-

Os segmentos de mercado

Na suas Áreas-Chave de atuação, Compósitos, Energia, Fotônica e Biotecnologia, a Agenda de Inovação do MackGraphe está alinhada a segmentos de mercado, nos quais são realizados projetos de P&D de novas tecnologias de materiais nanoestruturados e multifuncionais com grafeno, para diversas aplicações, que incluem nanocompósitos de matriz polimérica, biossensores, e materiais ativos para armazenamento de energia.

Nos segmentos de mercado considerados, ilustrados na Fig. 4, destacam-se as principais aplicações dos nanocompósitos em projetos de P&D no MackGraphe: peças e implementos agrícolas especiais; filmes finos e embalagens inteligentes; manufatura aditiva; têxteis de alta performance, balística e blindagens; conversão e armazenamento de energia; membranas para filtragem iônica, comunicações óticas; biossensores óticos e eletroquímicos; dispositivos médicos vestíveis miniaturizados; dispositivos médicos com monitoramento remoto.

Além disso, são desenvolvidos processos de síntese e caracterização de materiais, bem como análise e caracterização de estruturas moleculares objetivando novas tecnologias para Wdetecção e classificação de biomarcadores, para diversas aplicações desde patologias, com foco em câncer, à tipificação de características especiais de materiais e falsificações de alimentos.

Revista Grafeno | dezembro 2024 | 64

Artigo

Fig. 4 – Segmentos de Mercado do MackGraph

Da pesquisa e desenvolvimento ao mercado

Os avanços das pesquisas em grafeno e seus derivados, como óxido de grafeno, para diversas aplicações, ainda enfrentam desafios a serem superados como insumo comercial em larga escala. O mercado ainda está em estágio de consolidação em todo o mundo e no Brasil não é diferente.

No MackGraphe, observa-se um aumento significativo de indústrias interessadas em nanocompósitos, seja para novas aplicações em áreas como a nanobiotecnologia ou para o aperfeiçoamento de produtos existentes, proporcionando a estes produtos melhores propriedades mecânicas, elétricas ou térmicas. Contudo, o mercado ainda é pequeno e a abertura de mercados é ainda um grande desafio no nosso país.

Os desafios começam com a produção do grafeno adequado a determinada aplicação, o que não é tarefa trivial. A depender da aplicação, os grafenos precisam ser produzidos de forma a atenderem às necessidades do produto a ser desenvolvido. Nesse contexto, a produção em larga escala, e com custo economicamente viável, está ligada, principalmente aos seguintes desafios:

1.

Padronização e Escalabilidade: é fundamental para assegurar que o material, como insumo industrial, mantém suas características e proporcione uniformidade nos produtos aos quais se destina. A falta de padrões universais, a partir dos próprios processos de caracterização para controle de qualidade, repercutem nos métodos de produção e, consequentemente, no desempenho do negócio de aplicações industriais. Hoje, por falta de padronização uma infinidade de materiais derivados de carbono é comercializada como grafeno. No Brasil o Immetro vem envidando esforços no sentido de estabelecer normas para testes e métodos de medição de características para acreditação de laboratórios e certificação do material.

2.

Regulação e Impacto Ambiental: o pro-

65 | dezembro 2024 | Revista Grafeno

cesso industrial de produção do grafeno e, sobretudo de óxido de grafeno, ainda carecem de regulações específicas em virtude de resíduos tóxicos produzidos no processo de síntese que podem causar danos ao meio ambiente. Embora ainda haja essa lacuna, as indústrias podem seguir as normas gerais de manipulação de produtos químicos e de controle de resíduos químicos tóxicos.

3.

Abertura e Ampliação do Mercado: aplicações do grafeno e óxido de grafeno em produtos de massa são ainda um grande desafio. Muitos segmentos da economia ainda carecem de investimentos significativos em P&D frente aos desafios do domínio tecnológico necessário para disponibilizar produtos no mercado. O mercado de baterias com maior densidade de potência e de carga, dispositivos eletrônicos mais rápidos e eficientes, ou as novas aplicações em nanobiotecnologia aplicadas à área médica como biossensores, dentre outros, são bons exemplos. Além disso, há a necessidade da produção em escala e a capacidade de fornecimento do material com manufatura flexível quanto à customização das suas características adaptadas à aplicação.

Considerando esses desafios o MackGraphe desenvolve uma planta piloto para produção automatizada de óxido de grafeno, em escala pré-industrial, com concepção flexível para a devida expansão de escala e adequação às características necessárias para a aplicação. Aliada à produção de um óxido de grafeno de alta qualidade, com método de purificação inovador, está em desenvolvimento um processo inovador de tratamento dos resíduos do processo.

Infraestrutura laboratorial

A infraestrutura laboratorial do MackGraphe é hoje organizada em 4 grupos de laboratórios aglutinados tematicamente e cadastrados na Plataforma Nacional de Infraestrutura de Pesquisa do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação:

24 E 25. JUNHO 2024

Artigo

a) Lab-MackNano - Laboratório de Micro e Nano Fabricação do Instituto Mackenzie de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias (MackGraphe); Lab-MackNanobio - Laboratório de Nanobiotecnologia e Espectrometria de Massas do MackGraphe; Lab-MackFóton - Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento em Fotônica e Optoeletrônica do MackGraphe e o Lab-MackMateriais - Laboratório de Síntese, Caracterização, Processamento de Materiais e Nanotecnologias do MackGraphe.

Esses laboratórios fazem parte de uma rede multiusuários a qual podem ter acesso, tanto a comunidade do Mackenzie quanto externos, seguindo uma política de agendamentos e utilização descrita no site do próprio MackGraphe.

Benedito G. Aguiar Neto, é graduado e mestre em engenheira elétrica pela UFPB, com doutorado em Engenharia Elétrica pela Techinishe Universität Berlin (Alemanha) e pós-doutorados pela Washington University (EUA) e pela Universidade do Minho (Portugal). Foi Diretor do CCT da UFPB e UFCG, Reitor da Universidade Presbiteriana Mackenzie, Presidente do CRUB e Presidente da CAPES. Atualmente é Diretor do MackGraphe e Prof. Titular da Escola de Engenharia da UPM. Guilhermino Macêdo Fechine, é graduado em Engenharia de Materiais e mestre em Engenharia Química pela UFPB, com doutorado em Química pela UFPE. Pesquisador produtividade em Pesquisa do CNPq (nível 2). Faz parte do Conselho Diretor da ABPol (Associação Brasileira de Polímeros) é o Diretor de Inovação e Tecnologia da mesma associação.

Professor visitante na National University, of Singapore - NUS durante todo o ano de 2013. Desde 2008 é professor e pesquisador da Universidade Presbiteriana Mackenzie, graduação e pós-graduação, e atua como pesquisador no Instituto Mackenzie de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias (MackGraphe).

Marcelo Silva Oliveira, é graduado em Desenho Industrial Pela Universidade Presbiteriana Mackenzie, Especialista em Engenharia de Ensaios em voo pela Sirius Flight Test Pilot School, mestre em Engenharia de Materiais e doutor pela Universidade Presbiteriana Mackenzie, foi professor da FAU-USP, Projetista da ENGESA Engenheiros Especializados S.A e Gerente de Projetos da Equipaer Indústria Aeronáutica. Coordenador do Curso de Design do Produto do Instituto MAUÁ de Tecnologia e da Universidade Presbiteriana Mackenzie, atualmente é Gerente de Projetos do MackGraphe e professor da FAU Mackenzie.

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