O grafeno é baseado em carbono e é frequentemente descrito como um material "milagroso": é super resistente, super leve e um excelente condutor de calor e eletricidade. Já é amplamente utilizado e promete melhorar significativamente a eletrônica de consumo no futuro.
No entanto, também é difícil de produzir em grande escala e caro de fabricar, portanto, métodos alternativos para a produção de grafeno podem trazer avanços significativos para sistemas de energia, armazenamento de dados e outras tecnologias modernas.
Liderada por uma equipe da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW) na Austrália, a nova pesquisa mostra que a humilde casca de amendoim tem o potencial de impulsionar a produção de grafeno , de uma forma mais barata e ecológica do que algumas abordagens convencionais de síntese de grafeno.
"A maior parte dos resíduos da estrutura é descartada ou reciclada em aplicações de baixo valor que não maximizam seu potencial", afirma Guan Yeoh, engenheiro mecânico da UNSW.
"O que demonstramos neste trabalho é que cascas de amendoim comuns podem ser transformadas em grafeno de alta qualidade, utilizando muito menos energia do que a necessária atualmente e, portanto, a um custo menor. Além disso, não precisamos usar nenhum produto químico, o que representa um benefício ambiental adicional."A chave do processo é o polímero natural lignina, rico em carbono e encontrado na maioria das plantas . Já se sabia da sua presença nas cascas de amendoim, mas os pesquisadores precisavam descobrir a melhor maneira de processá-lo.
A equipe testou diversos métodos para preparar os resíduos de cascas e liberar a lignina, antes de aplicar um processo conhecido como aquecimento por pulso de eletricidade (FJH, na sigla em inglês). Esse processo utiliza um pulso de eletricidade para aquecer o material a temperaturas superiores a 3.000 graus Celsius (5.432 graus Fahrenheit) por meros milissegundos. Essa explosão instantânea de calor reorganiza os átomos de carbono em estruturas grafíticas, incluindo o grafeno turbostrático de poucas camadas .
Embora o FJH tenha realizado a maior parte do trabalho pesado, a forma como as conchas foram preparadas para o FJH foi crucial. A melhor opção, segundo os pesquisadores, foi um pré-tratamento em etapas, envolvendo aquecimento Joule indireto a cerca de 500 °C por 5 minutos, seguido por uma breve etapa em temperatura mais alta.
Isso removeu as impurezas e transformou as cascas em carvão vegetal – outro material rico em carbono que é muito mais condutor do que as cascas brutas.
"Esse processo é vital para remover as impurezas e nos dar o melhor material rico em carbono, ajudando a garantir que haja o mínimo de defeitos no grafeno final e que ele seja de fato apenas uma única camada de átomos", diz Yeoh.
"É isso que você quer e precisa para garantir que ele tenha as melhores propriedades em termos de condução de eletricidade e calor."Embora o processo de conversão de casca de amendoim em grafeno já tenha sido experimentado anteriormente, este estudo destaca como o controle cuidadoso do material precursor pode melhorar significativamente a qualidade do grafeno resultante.
Isso não significa, porém, que o processo seja perfeito ainda. O material de grafeno resultante apresenta alta qualidade, mas normalmente é composto por algumas camadas de grafeno empilhadas em um arranjo turbostrático, e a técnica pode levar de três a quatro anos para ser ampliada para uso comercial, observam os pesquisadores.
O trabalho para aprimorar ainda mais o processo a partir dessa prova de conceito em laboratório continuará. Enquanto isso, os pesquisadores querem verificar se sua abordagem personalizada de preparação e aquecimento pode funcionar com outros tipos de biomassa .
"Estamos planejando também realizar experimentos com outros materiais, como borra de café , cascas de banana ou qualquer outra coisa que possa nos dar aquela carbonização adequada para então transformá-la em grafeno", diz Yeoh.
"Considerando a quantidade de material orgânico desse tipo disponível, nosso trabalho demonstra um bom equilíbrio entre a eficiência energética, a qualidade do grafeno obtido e a viabilidade econômica de todo o processo."
Publicada em: Chemical Engineering Journal Advances.
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