Pesquisadores desenvolvem método para sintetizar grafeno a partir de casca de eucalipto abundante

Cientistas australianos e indianos desenvolveram um método de fabricação de grafeno solúvel de forma rentável e ecologicamente correta a partir de um dos recursos mais comuns da Austrália, as árvores de eucalipto.

As árvores de goma australianas poderiam ajudar uma futura geração de painéis solares super eficientes. Imagem: seagul / Pixabay

Um átomo camada espessa de átomos de carbono dispostos em uma formação hexagonal, o grafeno oferece a capacidade de transportar uma carga muito mais rápido do que outros materiais e há muita pesquisa sobre o material, com a síntese sustentável de folhas de grafeno de alta qualidade um tema quente.

Uma nova abordagem desenvolvida por pesquisadores da RMIT University na Austrália e do Instituto Nacional de Tecnologia da Índia, Warangal, usa o extrato de casca de eucalipto para sintetizar o grafeno, tornando-o mais barato e mais sustentável do que os métodos atuais. O pesquisador líder da RMIT, Suresh Bhargava, disse que o novo método poderia reduzir pela metade o custo atual de produção de US$ 100 / g.

“O extrato de casca de eucalipto nunca foi usado para sintetizar folhas de grafeno antes e estamos entusiasmados em descobrir que ele não apenas funciona, mas também um método superior em termos de segurança e custo total”, disse Bhargava, acrescentando a abundância de eucaliptos na Austrália, tornou-se um recurso barato e acessível para a produção de grafeno.

As características distintivas do material fazem dele um material transformador que pode ser usado no desenvolvimento de melhores painéis solares, bem como em eletrônicos flexíveis, chips de computador mais potentes, filtros de água e biossensores. “É um material notável, com grande potencial em muitas aplicações, devido às suas propriedades químicas e físicas, e há uma demanda crescente de produção em larga escala econômica e ambientalmente amigável”, acrescentou o pesquisador líder.

O material mais fino e mais forte conhecido, o grafeno também é flexível e transparente e conduz calor e eletricidade 10 vezes melhor que o cobre, tornando-o ideal para qualquer coisa, desde a nanoeletrônica flexível até as melhores células de combustível. Embora seja um bom exemplo para o desenvolvimento de células solares ultratinas altamente eficientes, o grafeno tem sido afetado por uma vida útil de portadora extremamente curta. Com os elétrons excitados pela luz do sol, movidos apenas por um picossegundo - um milionésimo de um milionésimo de segundo - os cientistas também estão procurando métodos para obter um melhor controle sobre a vida útil dos elétrons excitados.

Um método mais ecológico

A redução química é o método mais comum para sintetizar o óxido de grafeno, pois permite a produção de grafeno a um custo relativamente baixo a granel. No entanto, depende de agentes redutores que são perigosos para as pessoas e para o meio ambiente.

O professor Vishnu Shanker, do Instituto Nacional de Tecnologia de Warangal, disse que a química "verde" derivada do eucalipto evita o uso de reagentes tóxicos, potencialmente abrindo a porta para a aplicação do grafeno não apenas para dispositivos eletrônicos, mas também para materiais biocompatíveis.

Em seu experimento, os pesquisadores usaram uma solução de polifenol de eucalipto obtida a partir de um extrato de casca de eucalipto para desencadear a redução do óxido de grafeno esfoliado em grafeno solúvel sob condições de refluxo em meio aquoso. Isso levou à remoção efetiva das funcionalidades de oxigênio do óxido de grafeno.

Quando testado em um supercapacitor, o grafeno 'verde' produzido correspondeu à qualidade e desempenho do grafeno tradicionalmente produzido, sem os reagentes tóxicos.

As descobertas podem ser vistas no artigo Novela e Estratégia Eficientemente Eficiente para a Síntese Verde do Grafeno Solúvel por Extratos Aquosos de Polifenóis da Casca de Eucalipto e Suas Aplicações em Supercapacitores de Alto Desempenho, publicado na revista ACS Journal Sustainable Chemistry and Engineering .

Painéis solares fotovoltaicos para janelas e varandas serão moda

O desenvolvimento dos painéis solares tem sido enorme. Cada vez mais os fabricantes procuram soluções que vão de encontro aos clientes, soluções que sejam facilmente integrados durante a construção de uma casa, como por exemplo numa varanda ou numa janela.

Painéis solares substituem varandas, janelas e toldos

Recentemente o desenvolvimento das tecnologias de painéis solares, permitiu a criação de sistemas fotovoltaicos transparentes. Estes permitem a integração dos painéis solares fotovoltaicos dentro do vidro da janela.

Para já, ainda é uma tecnologia em desenvolvimento, que está a ser levada a cabo por investigadores americanos. O objetivo passa por criar a típica transparência de um vidro, e ao mesmo tempo aproveitar a energia solar e transformá-la em energia elétrica.

Tipos de sistemas solares fotovoltaicos transparentes

Há ainda que fazer uma distinção entre a fotovoltaica transparente de gel de silício, fotovoltaica transparente de base orgânica e fotovoltaica transparente de grafeno.

Sistema fotovoltaico transparente de gel de silício

Semicondutor que explora a propriedades do silício. Os fotões, que compõem os raios solares, atingem os átomos de silício presentes no gel, provocando energia cinética (é como um impulso que gera movimento e este se transforma em energia elétrica dentro da estrutura cristalina do silício, que atua como semicondutor).

É aplicado entre o vidro duplo, através de uma injeção do gel no espaço do vidro duplo, mas se for num vidro simples, este é pulverizado.

Sistema fotovoltaico transparente de base orgânica

Determinados tipos de polímeros. As novas células solares consistem em dois elétrodos no meio dos quais se coloca uma camada de semicondutor orgânico.

Este tem a função de absorver a energia solar incidente e gerar eletrões, quando estes são recolhidos pelos elétrodos é produzida a corrente elétrica.

Sistema fotovoltaico transparente de grafeno

O grafeno é composto por uma única camada de átomos de carbono, e devido a ser transparente, não bloqueia a absorção de luz solar. Mas este não adere à base da célula, como tal, ainda há investigadores a tentar modificar a superfície que é impura.

Painéis Solares para varandas e janelas

Aplicações dos painéis fotovoltaicos

Se até agora apenas se falava da aplicação da tecnologia solar fotovoltaica transparente às janelas, como forma de aumentar as vendas, e não alterar a estética das casas, na Suécia já há mais aplicações, em varandas, janelas e toldos.

Com estas novas aplicações, toda a fachada exterior de uma casa pode produzir eletricidade.

Novas células solares com eficiência de 60% agora podem substituir o carvão

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Exeter (Inglaterra) desenvolveu uma célula solar com uma eficiência recorde de 60%. A ideia por trás dessa inovação é semelhante a usar um “funil”: encurralar uma coleção amorfa de cargas elétricas em uma área mais precisa, onde elas podem ser transferidas para uso. Usando essa ideia, os pesquisadores aumentaram a eficiência de uma célula solar de 20 a 60%. A equipe da Exeter vê sua pesquisa como uma "porta de entrada" para futuras pesquisas e desenvolvimento.

Para executar essa ideia, eles tomaram uma sugestão do campo de TI. Eles usaram uma tensão, uma medida do comprimento original de um material comparado ao comprimento esticado ou comprimido. A engenharia em um material pode melhorar suas propriedades elétricas. No entanto, a maioria dos materiais convencionais não pode ser muito tensa porque eles se quebram facilmente.

Por outro lado, os materiais 2-D são uma opção válida para a criação de uma célula solar com 60% de eficiência. Esses materiais finos (grafeno) podem sustentar um alto nível de estresse (cerca de 25%, comparado a 0,4% para materiais convencionais). A equipe usou um novo material chamado dissulfeto de háfnio.

Um fenômeno de transporte de carga tentadora que pode ser acessível devido a grandes valores de tensão é o afunilamento de cargas fotoexcitadas, longe da região de excitação e em direção a áreas onde elas podem ser eficientemente extraídas.

Talvez no futuro próximo, as células solares com 60% de eficiência irão substituir as usinas de carvão. No entanto, até lá, não haverá muitos deles. A combinação de outros tipos de energia renovável e algumas outras fontes não renováveis ​​(gás natural), que são mais ecologicamente corretas do que o carvão, substituirá todas as usinas de carvão.

Um bom exemplo de tal substituição aconteceu nas últimas semanas. A enorme usina de carvão Colstrip tem sofrido com uma parada não planejada, mas seus clientes não são muito afetados. Todos eles foram capazes de preencher a lacuna de eletricidade com fontes não-carvão e compras de energia no mercado aberto. Os preços da compra são muitas vezes ainda menores do que o custo do poder da Colstrip. Não podemos ter certeza de que é sustentável a longo prazo, mas acreditamos que sim.

Fonte: Cleantechnica

Novo material bidimensional pode revolucionar geração de energia solar

Após o isolamento do grafeno, em 2004, iniciou-se uma corrida para se conseguir sintetizar novos materiais bidimensionais – como são chamados materiais com espessura de um átomo até alguns poucos nanômetros (da bilionésima parte do metro). Tais materiais possuem propriedades únicas ligadas à sua dimensionalidade e podem ser protagonistas do desenvolvimento da nanotecnologia e da nanoengenharia.

Um grupo internacional, com a participação de pesquisadores do Brasil lotados à Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), conseguiu dar origem a um novo material com essas características.

Os cientistas conseguiram extrair de um minério de ferro comum, como os explorados por muitas mineradoras no Brasil, um material chamado hemateno, que tem três átomos de espessura e propriedades fotocatalíticas incomuns.

O novo material foi descrito em um artigo publicado na revista Nature Nanotechnology. A pesquisa foi feita no Centro de Engenharia e Ciências Computacionais (CECC) – um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) apoiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) – e em um estágio de pesquisa no exterior, realizado também com Bolsa da (FAPESP).

“O material que sintetizamos pode atuar como fotocatalisador – para dividir a água em hidrogênio e oxigênio – e permitir a geração de energia elétrica a partir de hidrogênio, por exemplo, além de ter diversas outras aplicações”, disse Douglas Soares Galvão, um dos autores do estudo e pesquisador principal no CECC.

O novo material foi extraído da hematita – mineral que é a principal fonte de ferro e o mais comum, barato e importante dos metais, usado em vários produtos, principalmente ao ser transformado em aço.

Ao contrário do carbono e de sua forma bidimensional (grafeno), a hematita é um material não van der Waals, como se chamam aqueles mantidos unidos por redes de ligações tridimensionais, em vez de interações atômicas não covalentes – em que não há compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre os átomos participantes na ligação – e, comparativamente, mais fracas do que as dos materiais van der Waals.

Por ser um mineral que ocorre naturalmente, ser um material não van der Waals e ter cristais grandes e altamente orientados, os pesquisadores levantaram a hipótese de que a hematita poderia atuar como um excelente precursor para obtenção de um novo material bidimensional não van der Waals.

“A maioria dos materiais bidimensionais sintetizados até hoje foi derivada de amostras de sólidos de van der Waals. Materiais bidimensionais não van der Waals, com camadas atômicas altamente ordenadas e grãos grandes, ainda são raros”, disse Galvão.

A fim de obter a partir da hematita um material com tais características – o hemateno -, os pesquisadores utilizaram a técnica de esfoliação líquida em um solvente orgânico, a N-dimetilformamida (DMF). Por meio de microscopia eletrônica de transmissão, eles conseguiram confirmar a esfoliação e a formação do hemateno em folhas soltas de três átomos de ferro e de oxigênio (monocamada) e em folhas soltas empilhadas aleatoriamente (bicamada).

Com ensaios e cálculos matemáticos foram estudadas as propriedades magnéticas do hemateno. Por meio desses cálculos e testes, os pesquisadores descobriram que as propriedades magnéticas do hemateno diferem daquelas da hematita.

Enquanto a hematita é tipicamente antiferromagnética – seus dipolos magnéticos estão dispostos antiparalelamente -, os testes mostraram que o hemateno é ferromagnético, como um ímã comum.

“Nos ferromagnetos, os momentos magnéticos dos átomos apontam na mesma direção. Nos antiferromagnetos, os momentos nos átomos adjacentes se alternam”, explicou Galvão.

Fotocatalisador eficiente

Os pesquisadores também avaliaram as propriedades fotocatalíticas – de aumentar a velocidade de uma fotorreação pela ação de um catalisador – do hemateno. Os resultados das análises também demonstraram que a fotocatálise do hemateno é mais eficiente do que a da hematita, que já era conhecida por ter propriedades fotocatalíticas, mas não suficientemente boas para serem úteis.

Para um material ser um eficiente fotocatalisador, ele deve absorver a parte visível da luz solar, por exemplo, gerar cargas elétricas e transportá-las à superfície do material de modo a realizar a reação desejada.

A hematita, por exemplo, absorve a luz do sol da região ultravioleta à amarelo-alaranjada, mas as cargas produzidas são de vida muito curta. Como resultado, elas se extinguem antes de chegar à superfície.

Já a fotocatálise do hemateno é mais eficiente, uma vez que os fótons geram cargas negativas e positivas dentro de poucos átomos da superfície, compararam os pesquisadores. E, ao emparelhar o novo material com matrizes de nanotubos de dióxido de titânio – que fornecem um caminho fácil para os elétrons deixarem o hemateno -, eles descobriram que poderiam permitir que mais luz visível fosse absorvida.

“O hemateno pode ser um eficiente fotocatalisador, especialmente para dividir a água em hidrogênio e oxigênio, mas também pode servir como um material magnético ultrafino para dispositivos baseados em spintrônica [ou magnetoeletrônica]”, disse pesquisador do CEPID FAPESP.

O grupo tem investigado outros materiais não van der Waals por seu potencial para dar origem a outros materiais bidimensionais com propriedades exóticas. “Há uma série de outros óxidos de ferro e seus derivados que são candidatos a dar origem a novos materiais bidimensionais”, disse Galvão.

Novo material pode revolucionar geração de energia solar

Grupo internacional, com participação de pesquisadores da Unicamp, obtém novo material a partir de minério de ferro com aplicação como fotocatalisador

Após o isolamento do grafeno, em 2004, iniciou-se uma corrida para se conseguir sintetizar novos materiais bidimensionais – como são chamados materiais com espessura de um átomo até alguns poucos nanômetros (da bilionésima parte do metro). Tais materiais possuem propriedades únicas ligadas à sua dimensionalidade e podem ser protagonistas do desenvolvimento da nanotecnologia e da nanoengenharia.

Um grupo internacional, com a participação de pesquisadores vinculados à Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), conseguiu dar origem a um novo material com essas características.

Os cientistas conseguiram extrair de um minério de ferro comum, como os explorados por muitas mineradoras no Brasil, um material chamado hemateno, que tem três átomos de espessura e propriedades fotocatalíticas incomuns.

O novo material foi descrito em um artigo publicado na revista Nature Nanotechnology. A pesquisa foi feita no Centro de Engenharia e Ciências Computacionais (CECC) – um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) apoiados pela FAPESP – e em um estágio de pesquisa no exterior, realizado também com Bolsa da FAPESP.

“O material que sintetizamos pode atuar como fotocatalisador – para dividir a água em hidrogênio e oxigênio – e permitir a geração de energia elétrica a partir de hidrogênio, por exemplo, além de ter diversas outras aplicações”, disse Douglas Soares Galvão, pesquisador do CECC e um dos autores do estudo, à Agência FAPESP.

O novo material foi extraído da hematita – mineral que é a principal fonte de ferro e o mais comum, barato e importante dos metais, usado em vários produtos, principalmente ao ser transformado em aço.

Ao contrário do carbono e de sua forma bidimensional (grafeno), a hematita é um material não van der Waals, como se chamam aqueles mantidos unidos por redes de ligações tridimensionais, em vez de interações atômicas não covalentes – em que não há compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre os átomos participantes na ligação – e, comparativamente, mais fracas do que as dos materiais van der Waals.

Por ser um mineral que ocorre naturalmente, ser um material não van der Waals e ter cristais grandes e altamente orientados, os pesquisadores levantaram a hipótese de que a hematita poderia atuar como um excelente precursor para obtenção de um novo material bidimensional não van der Waals.

“A maioria dos materiais bidimensionais sintetizados até hoje foi derivada de amostras de sólidos de van der Waals. Materiais bidimensionais não van der Waals, com camadas atômicas altamente ordenadas e grãos grandes, ainda são raros”, disse Galvão.

A fim de obter a partir da hematita um material com tais características – o hemateno –, os pesquisadores utilizaram a técnica de esfoliação líquida em um solvente orgânico, a N-dimetilformamida (DMF). Por meio de microscopia eletrônica de transmissão, eles conseguiram confirmar a esfoliação e a formação do hemateno em folhas soltas de três átomos de ferro e de oxigênio (monocamada) e em folhas soltas empilhadas aleatoriamente (bicamada).

Com ensaios e cálculos matemáticos foram estudadas as propriedades magnéticas do hemateno. Por meio desses cálculos e testes, os pesquisadores descobriram que as propriedades magnéticas do hemateno diferem daquelas da hematita.

Enquanto a hematita é tipicamente antiferromagnética – seus dipolos magnéticos estão dispostos antiparalelamente –, os testes mostraram que o hemateno é ferromagnético, como um ímã comum.

“Nos ferromagnetos, os momentos magnéticos dos átomos apontam na mesma direção. Nos antiferromagnetos, os momentos nos átomos adjacentes se alternam”, explicou Galvão.

Fotocatalisador eficiente

Os pesquisadores também avaliaram as propriedades fotocatalíticas – de aumentar a velocidade de uma fotorreação pela ação de um catalisador – do hemateno. Os resultados das análises também demonstraram que a fotocatálise do hemateno é mais eficiente do que a da hematita, que já era conhecida por ter propriedades fotocatalíticas, mas não suficientemente boas para serem úteis.

Para um material ser um eficiente fotocatalisador, ele deve absorver a parte visível da luz solar, por exemplo, gerar cargas elétricas e transportá-las à superfície do material de modo a realizar a reação desejada.

A hematita, por exemplo, absorve a luz do sol da região ultravioleta à amarelo-alaranjada, mas as cargas produzidas são de vida muito curta. Como resultado, elas se extinguem antes de chegar à superfície.

Já a fotocatálise do hemateno é mais eficiente, uma vez que os fótons geram cargas negativas e positivas dentro de poucos átomos da superfície, compararam os pesquisadores. E, ao emparelhar o novo material com matrizes de nanotubos de dióxido de titânio – que fornecem um caminho fácil para os elétrons deixarem o hemateno –, eles descobriram que poderiam permitir que mais luz visível fosse absorvida.

“O hemateno pode ser um eficiente fotocatalisador, especialmente para dividir a água em hidrogênio e oxigênio, mas também pode servir como um material magnético ultrafino para dispositivos baseados em spintrônica [ou magnetoeletrônica]”, disse Galvão.

O grupo tem investigado outros materiais não van der Waals por seu potencial para dar origem a outros materiais bidimensionais com propriedades exóticas. “Há uma série de outros óxidos de ferro e seus derivados que são candidatos a dar origem a novos materiais bidimensionais”, disse Galvão.

O artigo Exfoliation of a non-van der Waals material from iron ore hematite (doi: 10.1038/s41565-018-0134-y), de Pulickel M. Ajayan e outros, pode ser lido na revista Nature Nanotechnology.

Fonte: Jornal do Brasil

Brasileira ganha prêmio internacional ao criar sistema de dessalinização de água com grafe

Tido como uma matéria-prima revolucionária, o grafeno é um derivado do carbono, extremamente fino, flexível, transparente e resistente (200 vezes mais forte do que o aço). Considerado excelente condutor de eletricidade, é usado para a produção de células fotoelétricas, peças para aeronaves, celulares e tem ainda outras tantas aplicações na indústria.

Por ser considerado um dos materiais do futuro, ele foi escolhido como tema do Global Graphene Challenge Competition 2016, uma competição internacional promovida pela empresa sueca Sandvik, que busca soluções sustentáveis e inovadoras ao redor do mundo.

E a brasileira Nadia Ayad, recém-formada em engenharia de materiais pelo Instituto Militar de Engenharia (IME), do Rio de Janeiro, foi a grande vencedora do desafio. Seu projeto concorreu com outros nove trabalhos finalistas.

Nadia criou um sistema de dessalinização e filtragem de água, usando o grafeno. Com o dispositivo, seria possível garantir o acesso à água potável para milhões de pessoas, além de reduzir os gastos com energia e a pressão sobre as fontes hídricas.

“Com a crescente urbanização e globalização no mundo e a ameaça das mudanças climáticas, a previsão é de que num futuro não muito distante, quase metade da população do planeta viva em áreas com pouquíssimo acesso à água”, afirma Nadia. “Há uma necessidade real de métodos eficientes de tratamento de água e dessalinização. Pensei que a natureza única do grafeno e suas propriedades, incluindo seu potencial como uma membrana de dessalinização e suas propriedades de peneiração superiores, poderiam ser parte da solução”.

Como prêmio, a estudante carioca fará uma viagem até a sede da Sandvik, na Suécia, onde encontrará pesquisadores e conhecerá de perto algumas das inovações e tecnologias de ponta sendo empregadas pela empresa. Ela visitará ainda o Graphene Centre da Chalmers University.

Esta não será a primeira experiência internacional de Nadia. A engenheira brasileira já tinha participado do programa do governo federal Ciências Sem Fronteiras, quando estudou durante um ano na Universidade de Manchester, na Inglaterra. Agora ela pretende fazer um PhD nos Estados Unidos ou Reino Unido, pois acredita que, infelizmente, terá mais oportunidades para realizar pesquisas no exterior do que no Brasil.

Por: Suzana Camargo

Foto: divulgação Global Graphene Challenge Competition

A pele de grafeno movida a energia solar abre novas possibilidades para próteses.

Engenheiros da Universidade de Glasgow, que desenvolveram anteriormente uma cobertura de 'pele eletrônica' para próteses feitas de grafeno, descobriram uma maneira de usar algumas das propriedades físicas do grafeno para usar a energia do sol para alimentar a pele.

O grafeno é uma forma altamente flexível de grafite que, apesar de ter apenas um átomo de espessura, é mais forte que o aço, eletricamente condutiva e transparente. É a transparência óptica do grafeno, que permite que cerca de 98% da luz que atinge sua superfície passe diretamente por ela, o que a torna ideal para coletar energia do sol para gerar energia.

Um novo trabalho de pesquisa, publicado na revista Advanced Functional Materials ("Energia Autônoma Flexível e Pele Tátil Transparente") , descreve como o Dr. Dahiya e colegas de seu grupo Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST) integraram células fotovoltaicas geradoras de energia sua pele eletrônica pela primeira vez.

Dr. Ravinder Dahiya. - Universidade de Glasgow

O Dr. Dahiya, da Escola de Engenharia da Universidade de Glasgow, disse: “A pele humana é um sistema incrivelmente complexo capaz de detectar pressão, temperatura e textura através de uma série de sensores neurais que transportam sinais da pele para o cérebro.

“Meus colegas e eu já fizemos passos significativos na criação de protótipos protéticos que integram pele sintética e são capazes de fazer medições de pressão muito sensíveis. Essas medições significam que a mão protética é capaz de realizar tarefas desafiadoras, como agarrar adequadamente materiais moles, com os quais outras próteses podem lutar. Também estamos usando estratégias inovadoras de impressão 3D para construir membros protéticos sensíveis e mais acessíveis, incluindo a formação de um clube de estudantes muito ativo chamado 'Helping Hands'.

“A pele capaz de sensibilidade ao toque também abre a possibilidade de criar robôs capazes de tomar melhores decisões sobre segurança humana. Um robô trabalhando em uma linha de construção, por exemplo, é muito menos propenso a ferir acidentalmente um humano se sentir que uma pessoa entrou inesperadamente em sua área de movimento e parar antes que uma lesão possa ocorrer ”.

A nova pele requer apenas 20 nanowatts de energia por centímetro quadrado, o que é facilmente atendido até mesmo pelas células fotovoltaicas de menor qualidade atualmente disponíveis no mercado. E, embora atualmente a energia gerada pelas células fotovoltaicas da pele não possa ser armazenada, a equipe já está procurando formas de desviar a energia não utilizada para as baterias, permitindo que a energia seja usada como e quando for necessária.

O Dr. Dahiya acrescentou: “O outro passo seguinte para nós é desenvolver ainda mais a tecnologia de geração de energia que sustenta esta pesquisa e usá-la para alimentar os motores que acionam a própria prótese. Isso poderia permitir a criação de uma prótese totalmente autônoma e autônoma.

“Já fizemos alguns progressos encorajadores nessa direção e esperamos apresentar esses resultados em breve. Também estamos explorando a possibilidade de desenvolver esses resultados empolgantes para desenvolver sistemas vestíveis para serviços de saúde acessíveis. Nesta direção, recentemente também recebemos pequenos fundos do Conselho de Financiamento Escocês. ”

Universidade de Glasgow. Postado: 23 de mar de 2017.

As células solares de grafeno-perovskita excedem 18% de eficiência.

Uma equipe de pesquisadores da Itália criou células solares de grafeno perovskita híbridas que mostram boa estabilidade quando expostas à luz solar, mantendo uma eficiência impressionante de mais de 18% - a maior eficiência relatada de células solares híbridas de grafite perovskita até hoje.

Apesar do tremendo progresso no desempenho de PV de Perovskita, a estabilidade desses dispositivos ainda é questionável. Em particular, o ar e a umidade degradam o desempenho das células, assim como a exposição contínua à luz solar e ao calor, retardando as vantagens sobre outros tipos de células solares. 

Os materiais relacionados com grafeno e grafeno (GRMs) têm propriedades que os fazem brilhar em aplicações como camadas protectoras, e surgem como candidatos naturais para proteger as unidades de conservação da degradação atmosférica. A equipe italiana revisou as propriedades de proteção do grafeno e GRMs, incluindo óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO), têm em PSCs. Além disso, o relatório descreve um novo tipo de célula solar de perovskita híbrida contendo ambos os flocos de grafeno e uma camada GO.

A nova célula exibe um PCE de até 18,2%.

Óxido de Grafeno (GO) - Créditos: LQES

Perovskita (PV). - Créditos: LQES

No novo design de células, o grafeno desempenha um papel duplo. A eficiência de conversão de energia melhorada (PCE) é obtida usando tanto o TiO2 mesoporoso dopado com grafeno (mTiO2 + G) como o fotoeletrodo de transporte de elétrons (PE) e óxido de grafeno (GO) como interlayer entre perovskita e camada de transporte de furos (HTL ).

A adição de flocos de grafeno à camada de TiO2 mesoporosa melhora a injeção de carga e a coleta na camada, o que resulta diretamente em maior eficiência celular. Simultaneamente, uma camada de GO entre a perovskita e o HTL aumenta a densidade de corrente, aumentando ainda mais a eficiência total. Em termos de estabilidade, as células mTiO2 + G retêm mais de 88% de sua eficiência após 16 horas de exposição prolongada ao sol.

Este trabalho aponta para uma nova direção no design de células solares de grafeno-perovskita que poderia levar a células solares estáveis ​​altamente eficientes no futuro.

Fonte: Azonano

Grafeno poroso a partir de CO2.

Cientistas da Oregon State University (em colaboração com o Laboratório Nacional Argonne, da Universidade do Sul da Flórida e do Laboratório Nacional de Tecnologia da Energia, Oregon, EUA) descobriram uma forma inovadora de transformar o dióxido de carbono da atmosfera num material de alto valor para utilização em produtos relacionados com o armazenamento de energia.

Foi desenvolvida uma reação química que utiliza dióxido de carbono e resulta em grafeno nanoporoso, com uma enorme área de superficial. Os pesquisadores dizem que esse método é rápido e de baixo custo, e que o material final apresenta elevada condutividade e densidade. Tais características são essenciais para sua utilização em supercapacitores, até mesmo a nível comercial.

"Há outras maneiras de fabricar grafeno nanoporoso, mas esta abordagem é mais rápida, tem pouco impacto ambiental e custa menos", disse Xiulei (David) Ji, professor assistente de química da Universidade de Oregon e principal autor do estudo.

Grafeno nanoporoso - Créditos: Azonano

"A maioria dos supercapacitores de carbono comercial atualmente usam carvão ativo como eletrodos, mas a sua condutividade elétrica é muito baixo", disse Ji. "Queremos que o armazenamento de energia seja rápido e liberação que entregue mais potência, e para isto, o grafeno nanoporoso por ser mais condutor vai funcionar muito melhor. Isso resolve um grande problema na construção de supercapacitores mais potentes ".

Materiais de carbono nanoporosos também podem adsorver gases poluentes, funcionam como filtros ambientais, ou podem ser utilizados no tratamento de água. Os usos destes materiais estão aumentando constantemente. Com este processo os custos baixaram muito o que abre reais possibilidades de uso comercial.

FONTE: Oregon State University (Tradução - OLA).

Nova geração de sistemas fotovoltaicos à base de grafeno

O grafeno é o material mais fino, mais sólido e mais condutor do mundo: sua descoberta permitiu criar uma nova família de materiais similares. Empilhando-se materiais com um átomo de espessura, entre duas camadas de grafenos, formam-se materiais heterogêneos multicamadas, que apresentam novas propriedades. As características destes materiais podem variar, de condutores a isolantes, assim como, de transparentes a opacos. 

A equipe de cientistas da Universidade Nacional de Singapura (NUS) e da Universidade de Manchester conseguiu identificar a combinação ideal de materiais, em duas dimensões, chamada Transition Metal DiChalcogenide (TMDC), isto é: dicalcogeneto de metal de transição, que é um material transparente e condutor. Juntos, estes últimos formam um sistema fotovoltaico de grande desempenho, como destacou o Professor Antonio Castro Neto, diretor do Graphene Research Centre, da NUS, e coautor da publicação científica. 

"Sandwich high tech", atomicamente fino, feito de vários nanomateriais, incluindo o grafeno, que tem potencial para revolucionar dispositivos fotovoltaicos, como células solares e fotossensores. - Créditos: Science/AAAS.

O Dr. Liam Britnell, da Universidade de Manchester, autor principal e ligado ao centro de pesquisa sobre o grafeno, declarou: "A rapidez com a qual passamos da ideia de tal estrutura heterogênea fotossensível à um sistema capaz de funcionar foi impressionante. Isto aconteceu quase que desde o início e, mesmo as estruturas menos promissoras, mostraram características bastante respeitáveis."

Estes novos sistemas poderiam potencialmente ser usados como fotodetetores ultrassensíveis ou células fotovoltaicas muito eficientes, o que abre cenários muito atraentes. Isto permitiria, por exemplo, construir edifícios autossuficientes, graças à energia elétrica solar absorvida por suas paredes, energia que poderia ser utilizada para modificar a transparência e a refletividade das janelas e dos equipamentos, em resposta às variações de temperatura e de luminosidade.

FONTE: Newsshub (Tradução- MIA).

Baterias à base de grafeno: mais flexíveis.

A próxima revolução em matéria de armazenamento da energia elétrica poderá vir da Coréia, com baterias deformáveis e dobráveis.

No entanto, não é especificamente o setor "verde" que está na origem deste desenvolvimento, visto que a razão de ser destas baterias é principalmente o entretenimento.

Fato: atualmente os avanços tecnológicos com foco ecológico se concentram todos, mais ou menos, em um mesmo sentido - substituir a utilização de energia fóssil pela utilização de eletricidade.

Esta eletricidade, cujas origens são mais ou menos limpas, não tem outra escolha senão ser armazenada em baterias. Não há nenhum outro meio hoje - quer se trate de eólicas ou de painéis solares -, que permita alimentar, de forma suficientemente rentável e contínua, um dispositivo tal como um automóvel, por exemplo.

Quase sempre em desvantagem, devido sua fragilidade, peso e autonomia, as baterias são objeto de avanços consideráveis destes últimos anos e, hoje, pesquisadores do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KAIST) propõem uma solução que alia performance e flexibilidade.

A bateria dos coreanos composta (entre outros materiais) de grafeno apresenta a particularidade de ser dobrável e de absorver uma parte dos impactos. E isto é interessante, na medida em que oferece igualmente melhor desempenho que as baterias Íon Lítio, agora amplamente utilizadas em diversos campos.

Esquema de uma bateria flexível à base de grafeno. - Créditos: RSC.

Este novo tipo de bateria deverá, num primeiro momento, estar associado às telas OLED flexíveis, já prometidas há alguns anos. Por outro lado, quando se sabe da dificuldade hoje representada pela disposição/organização das baterias para um construtor de automóvel, não resta senão esperar ver a generalização da tecnologia de baterias flexíveis, como uma contribuição para acelerar um pouco mais a transição para sistemas completamente elétricos.

FONTE: Gizmodo

O grafeno bate mais um recorde: surge o transistor de 100 GHz.

Físicos americanos fabricaram, à base de grafeno, um transistor, o mais rápido do mundo, cuja frequência de corte é de 100 gigahertz. O dispositivo ainda pode ser miniaturizado e otimizado, de modo que poderá, em breve, superar os dispositivos convencionais feitos à base de silício, diz a equipe. O transistor pode encontrar aplicações em comunicações na faixa de microondas e em sistemas de imageamento.

O grafeno, uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura, tem se mostrado uma grande promessa para uso em dispositivos eletrônicos, dado que os elétrons podem se mover através dela a velocidades extremamente altas. Isso ocorre porque se comportam como partículas relativísticas sem massa de repouso. Esta, e outras propriedades físicas e mecânicas peculiares, sugerem que este "material maravilhoso" poderá substituir o silício como material básico para a eletrônica podendo, inclusive, ser utilizado na fabricação de transistores mais rápidos do que qualquer outro hoje existente.

Transistor de grafeno atinge 100 GHz. - Créditos: Phaedon Avouris.

Phaedon Avouris, Yu-Ming Lin e colegas da IBM TJ Watson Research Center, em Nova York (EUA), iniciaram o processo de fabricação do transistor de efeito de campo (FET) pelo aquecimento de uma "bolacha" de carbeto de silício (SiC) para criar uma camada superficial de átomos de carbono, na forma de grafeno. Eletrodos paralelos como "fonte" e "dreno" foram depositados no grafeno, deixando os canais de grafeno expostos entre esses eletrodos, como mostrado na figura.

Protegendo o grafeno 

A próxima etapa é a mais complicada e demanda o depósito de uma fina camada isolante sobre o grafeno exposto, sem afetar suas propriedades eletrônicas. Para fazer isso, o primeiro passo consiste em depositar uma camada de 10 nm do polímero poli-hidroxiestreno (já usado na indústria de semicondutores) para proteger o grafeno. Em seguida, a camada de óxido convencional foi depositada, seguida de um eletrodo metálico que atua como porta do transistor.

O comprimento da porta é relativamente grande (240 nm), mas a mesma pode ser miniaturizada para melhorar a performance do dispositivo, declaram os pesquisadores. 

O transistor de grafeno já conta com uma maior frequência de corte, superior aos dispositivos MOSFET à base de silício para o mesmo comprimento de porta (estes têm uma frequência de corte em torno de 40 GHz). Frequência de corte é aquela acima da qual um transistor sofre uma degradação significativa em seu desempenho. O novo dispositivo quebra o recorde anterior da própria IBM - 26 GHz -, noticiado em janeiro de 2009. 

Relevância tecnológica

Diferentemente da maioria dos FETs à base de grafenos, que tinham sido fabricados a partir de flocos de grafeno, o dispositivo da IBM é feito usando técnicas já utilizadas pela indústria de semicondutores. "Nosso trabalho é a primeira demonstração de que dispositivos de alto desempenho, à base de grafeno, podem ser fabricados em escala de bolachas de forma tecnologicamente relevante", disse Avouris. 

Um obstáculo para esses dispositivos à base de grafeno, contudo, é que não podem ser utilizados em circuitos digitais, tais como os usados em computadores. Isto ocorre porque o grafeno tem um gap de energia nulo, entre sua banda de condução e de valência. É exatamente tal lacuna que permite que os semicondutores convencionais sejam utilizados como chaveadores de corrente ON e OFF.

Ao invés de usados em circuitos digitais, tais transistores de alta frequência podem ser usados, por exemplo, para amplificar sinais de micro-ondas em comunicações e aplicações de imageamento, incluindo radar de alta resolução, imagens médicas e de segurança. 

Os pesquisadores da IBM planejam agora reduzir as dimensões dos transistores, melhorar a pureza do grafeno e otimizar a arquitetura do dispositivo. "Tais transistores têm o potencial de superar sobremaneira os dispositivos convencionais", disse Avouris. 

A equipe procura também maneiras de criar um gap de energia (band gap) no transistor à base de grafeno, para que este possa ser utilizado em aplicações digitais.

FONTE: Nanotechweb

Célula solar à base de grafeno, cada vez mais próxima da realidade.

Objetivando fabricar grandes folhas de carbono para coletar luz, químicos da Universidade de Indiana em Bloomington (EUA) criaram uma solução não usual - anexaram o que equivale a um conjunto de tentáculos em cada lado de folhas de grafeno. Utilizando este método, os cientistas afirmam que foram capazes de dispersar as folhas contendo 168 átomos de carbono, um feito pioneiro.

"Nosso interesse vem do desejo de encontrar um material alternativo, e de fácil disponibilidade no mercado, com alto poder de absorção de luz solar", disse o químico Liang-shi Li, que liderou a pesquisa. "Atualmente, os materiais mais utilizados como absorvedores de luz em células solares são o silício e compostos contendo rutênio. Cada um tem suas desvantagens."

A principal desvantagem é o custo e a disponibilidade a longo prazo. As células solares baseadas em rutênio podem ser potencialmente mais baratas que as baseadas em silício, mas o rutênio é um metal raro na Terra, tão raro quanto a platina, e se esgotará rapidamente quando a demanda aumentar. 

O carbono é barato e abundante, e na forma de grafeno, capaz de absorver luz em uma ampla faixa de freqüência. O grafeno é essencialmente a mesma coisa que o grafite (material usado para fazer o lápis), exceto que o grafeno é apenas uma folha de carbono, com um átomo de espessura. O grafeno é uma promessa como material eficiente, de produção barata, e o menos tóxico dentre os materiais alternativos a serem usados em células solares. Entretanto, ele também tem "aborrecido" os cientistas.

Para que uma folha de grafeno possa ser de alguma utilidade para coletar luz, ela deve ser grande. Contudo, para utilizar a energia solar absorvida na forma de eletricidade, a folha não pode ser muito grande. Infelizmente, trabalhar com grandes folhas de grafeno é difícil, e o controle do tamanho é mais difícil ainda. Quanto maior a folha de grafeno, mais "pegajosa" ela é, o que a torna mais susceptível de atrair e de "grudar" nas outras folhas de grafeno. Ter várias camadas de grafeno (grafite) pode ser bom para se usar como lápis, mas as propriedades elétricas ficam prejudicadas.

Químicos e engenheiros descobriram diferentes estratégias para manter as folhas de grafeno isoladas umas das outras. A solução mais eficaz - antes dos trabalhos da Universidade de Indiana -, era baseada na exfoliação do grafite (abordagem top-down) em folhas e o seu envolvimento com polímeros, para torná-las isoladas umas das outras. No entanto, tal processo faz com que as folhas de grafeno tenham tamanhos aleatórios e muito grandes para absorver luz nas células solares.

Modelo planar de uma folha de grafeno (preto) e os grupos anexados (azul) que Liang-Shi Li e seus colaboradores planejaram. Na realidade, cada grupo lateral gira 90 graus para fora do plano de grafeno. 

Duas moléculas grafeno (cinza escuro) são "enjauladas" por grupos anexados (azul), ligados a cada folha de grafeno. Os grupos laterais ajudam a prevenir o empilhamento das folhas de grafeno seguindo a tendência natural. - Créditos: Liang-shi Li.

Li e seus colaboradores puseram à prova uma ideia diferente. Anexando grupos laterais semirrígido, semiflexível e tridimensionais nas bordas do grafeno, foram capazes de limitar as folhas de grafeno com tamanho de 168 átomos de carbono e, ao mesmo tempo, promover a adesão entre estas folhas. Com este método, conseguiram produzir folhas de grafeno pequenas (abordagem bottom-up) e com tamanho uniforme. Para os pesquisadores, trata-se da maior folha de grafeno estável já produzida, usando-se a abordagem bottom-up.

O grupo anexado na borda do grafeno consiste de um anel de carbono hexagonal e três longas cadeias compostas de carbono e hidrogênio. Como a folha de grafeno é rígida, o grupo é forçado a girar 90 graus em relação ao plano do grafeno. As três cadeias silvosas possuem liberdades de movimento, mas duas delas tendem a envolver a folha de grafeno em que estão ligadas.

As cadeias não se limitam somente a funcionarem como gaiolas. Elas também servem como direcionadores para o solvente orgânico, de modo que toda a estrutura pode ser dissolvida. Li e seus colegas foram capazes de dissolver 30 mg desta espécie em 30 mL de solvente. 

"Neste trabalho, encontramos uma nova forma de fazer grafeno solúvel," disse Li. "Isso é tão importante quanto o tamanho relativamente grande do grafeno em si." 

Para testar a eficácia do grafeno como absorvedor de luz, os cientistas construíram células solares rudimentares, usando dióxido de titânio como aceitador de elétrons. Os cientistas foram capazes de atingir uma densidade de 200 microamperes-por-cm2 de corrente e uma tensão de circuito aberto de 0,48 volts. As folhas de grafeno absorveram uma quantidade significativa de luz na faixa do visível ao infravermelho próximo (200-900 nm), com um pico de absorção ocorrendo em 591 nm.

Os cientistas estão redesenhando as folhas de grafeno com extremidades "pegajosas" para se ligarem ao dióxido de titânio, que irá melhorar a eficiência das células solares. "Coletar a energia do sol é o primeiro passo," disse Li. "Como transformar a energia em eletricidade é o próximo. Acreditamos que tivemos um bom começo." 

Os doutorandos Xin Xiao e Yan Cui e o posdoc Binsong Li também contribuíram para a pesquisa, que foi financiada pela National Science Foundation e pelo American Chemical Society Petroleum Research Fund. 

FONTE: Science Daily