ECONOMIA INDUSTRIAL : A MINERAÇÃO DA GRAFITA (GRAFITE) O GRAFENO

"Na área de mineração temos que entrar nos minerais mais nobres, como terras raras e metais especiais. As indústrias modernas, de tecnologia de ponta, estão crescendo cada vez mais. É uma mineração de maior valor e menor volume.

́ importante que o Brasil trabalhe nisso, temos matéria-prima, mas precisamos investir mais em pesquisa. Quando eu morava na Europa, fiz contato com o departamento de geologia de Hannover, na Alemanha. Tivemos ajuda para fazer levantamento de geofísica e de geologia em Minas e no Espirito Santo. Isso é fundamental na mineração pois aumenta as chances e diminui o risco do investidor. Os estudos básicos de geofísica, determinando a conformação do território, são fundamentais hoje para barragens subterrâneas e termos a água como fator competitivo na nossa indústria.

Temos que estimular mais a cooperação com países como a Alemanha, que é um celeiro mundial de geólogos. O conhecimento científico e tecnológico é importante para reavivar e atualizar a mineração no Brasil. Temos que caminhar na direção de dar valor à pesquisa, ciência, tecnologia e inovação. No Brasil temos muita gente competente na mineração, capaz de fazer eclodir esse processo. Muitos precisam de oportunidades para mostrarem o talento” (Eliezer Batista)

ESTUDEM O GRAFENO E PEÇAM A COOPERAÇÃO DOS JAPONESES NA CIÊNCIA DA NANOTECNOLOGIA. ELES SÃO OS MELHORES DO MUNDO COMO PINEIROS DESSA CIÊNCIA (ELIEZER BATISTA)

Por definição técnica - industrial: Grafeno é um nanomaterial composto apenas por carbono, em que os átomos se ligam formando estruturas hexagonais. É o cristal mais fino conhecido e suas propriedades o fazem ser muito desejado. Esse material é leve, condutor de eletricidade, rígido e impermeável.
O grafeno parece ser um dos materiais mais promissores no desenvolvimento de novas tecnologias em uma ampla gama de indústrias. Sua invenção em 2004 rendeu a Andrei Gejm e Konstantin Novosiol o Prêmio Nobel de Física. O projeto internacional “Graphene Flagship” foi iniciado pela União Européia para desenvolver outras aplicações comerciais desta estrutura incomum. Possíveis aplicações do grafeno na tecnologia
Eletrônica flexível, Células solares, Semicondutores, Filtração da água

Por que o grafeno ainda não é usado?

O grafeno é basicamente uma única camada fina de grafite. O grafite é um alótropo do carbono, então ambos possuem os mesmos átomos. No entanto, eles estão dispostos de uma maneira diferente, fazendo com que o material tenha propriedades diferentes. Por exemplo, o diamante e o grafite são formas de carbono, mas com naturezas distintas, já que os diamantes são fortes e resistentes, enquanto que o grafite é quebradiço. Por outro lado, os átomos do grafeno entregam um arranjo hexagonal, garantindo outras propriedades. Imagine um cabo, mais fino que um fio de cabelo, capaz de rebocar um carro, um caminhão ou um avião. Imagine ser capaz de armazenar e energia circular, sendo flexível como a borracha, mas mais forte que o aço. Por trás dessa vitrine dos sonhos está um material ainda pouco conhecido: o grafeno . Se tem recursos extraordinários, é composto por algo disponível em abundância na natureza: o grafite , que não é nem mais nem menos do que o que compõe a grafite dos nossos lápis.

O que é a nanotecnologia

Nanotecnologia é o estudo e a manipulação da matéria em escala nanométrica (um bilionésimo de metro), permitindo criar materiais e dispositivos com propriedades únicas e aplicações revolucionárias. Ela envolve o controle de átomos e moléculas para desenvolver tecnologias em diversas áreas como medicina, eletrônica, energia, agronegócio e ciência dos materiais.
Nanomateriais = são materiais que possuem graus estruturais na ordem de 10⁻⁹m ou um nanômetro. As propriedades dos materiais de escala nanométrica diferem daquelas observadas em maior escala. São objeto de estudo da nanociência e da nanotecnologia.
Nanotecnologia = Nanotecnologia é um campo científico-tecnológico transversal, disruptivo e pervasivo, dedicada à compreensão, controle e utilização das propriedades da matéria na nanoescala (1,0x10-9m, que equivale a 1 bilionésimo do metro).

Norio Taniguchi (27 de Maio de 1912 — 15 de Novembro de 1999) foi professor da Tokyo Science University. Ele cunhou o termo nanotecnologia, em 1974 para descrever processos de semicondutores, como deposição de filme fino e moagem de feixe de íons exibindo controle característico da ordem de um nanômetro: "Nanotecnologia" consiste principalmente no processamento de separação, consolidação, e deformação de materiais por um átomo ou uma molécula".

Taniguchi iniciou sua pesquisa em mecanismos abrasivos de usinagem de alta precisão de materiais duros e quebradiços. Na Universidade de Ciência de Tóquio, ele foi o pioneiro na aplicação de técnicas de feixe de energia para processamento de materiais de ultraprecisão; estes incluíam eletro descarga, microondas, feixe de elétrons, fótons (laser) e feixes de íons.
Ele estudou o desenvolvimento das técnicas de usinagem de 1940 até o início dos anos 1970 e previu corretamente que, no final dos anos 1980, as técnicas teriam evoluído a um grau em que precisões dimensionais superiores a 100 nm seriam alcançáveis.

Grafeno, onde está?

O examina microscopicamente a maior parte do grafite que é composto por uma infinidade de camadas de átomos de carbono, colocados um sobre os outros.
Se tratarmos este mineral de forma a obter apenas uma camada única de átomos , obtemos um dos únicos materiais existentes com apenas duas dimensões (“em 2D” portero), algo que a ciência acreditava ser impossível há apenas 20 anos. Aí está o nosso grafeno.
Atualmente, existem processos industriais para alcançar este resultado: esfoliação e CVD (cujo aspecto técnico não desenvolveremos neste artigo).
O grafeno assume a forma de uma folha 2D, muito flexível e incrivelmente forte
Essa pressão nos dá acesso a propriedades alucinantes : 200 vezes mais forte que o aço, mas 6 vezes mais leve (uma folha de 1 grama de grafeno pode cobrir uma área equivalente ao meio campo de rugby), 50 vezes mais condutora que o cobre, gerando 40 vezes menos calor, o grafeno é um daqueles super-heróis cujos poderes nunca nos cansamos de descobrir.
A dificuldade da produção em larga escala
Pegue um pouco de grafite e isole uma camada de um átomo de espessura, estúpido, você diria?

Este é realmente um verdadeiro quebra-cabeça no qual os cientistas trabalham desde 2004 , ano da descoberta do grafeno pelos pesquisadores Geim e Novoselov (uma descoberta pela qual eles ganharam o Prêmio Nobel de Física em 2010).
Hoje existem vários métodos para conseguir a produção de folhas de grafeno, mas o custo proibitivo , na ordem dos 500€/m² em dezembro de 2015, e a lentidão da produção são de tal ordem que desencorajam potenciais investidores. Podemos no entanto notar iniciativas notáveis, em particular a da empresa chinesa Ningbo Moxi Co. Ltd que anunciou que está a iniciar o estudo e construção de uma linha de produção capaz de fabricar 30 toneladas de grafeno por ano a um custo que poderá ser menos de 1€ por metro quadrado.
Portanto, é razoável pensar que eventualmente ocorrerão de escala específica para o aumento da produção, esperando-se que em breve possamos aproveitar todas as possibilidades abertas por esse material.

Grafeno, para quê?

A aplicabilidade do grafeno está em diversas áreas. As mais conhecidas são: construção civil, energia, telecomunicações, medicina e eletrônica. Desde que foi descoberto, o grafeno continua sendo o centro de interesse em pesquisas. Se seu uso em massa não está planejado para hoje, o grafeno apresenta a versatilidade extraordinária, abrindo espaço para múltiplas aplicações .
Desse material, tecnologias que antes pareciam pertencer ao imaginário de alguns poucos esclarecidos ganham um significado cada vez mais concreto. As suas áreas de utilização são a priori ilimitadas, quer:
No cálculo : Novos transistores substituindo os clássicos em silício. Transistores atuais atingindo seu limite absoluto de miniaturização (14 nanômetros), este pode ser o sinal de partida para os computadores ultra rápidos de amanhã.
Discos rígidos com capacidade de armazenamento que pode ultrapassar um petabyte (ou seja, mas de 1.000 TB). No digital em geral: Televisões “Organic LEDs” (ou OLED ), que usam a tela muito mais barata e com baixo consumo de energia. Câmeras, microscopia e lentes de contato lentas para enxergar no escuro.
Novas redes de telecomunicações ultra rápidas . Sendo o grafeno completamente impermeável, pode-se também imaginar que ele substituirá a fibra ótica de corrente, com velocidades de conexão muito maiores.
Telas roláveis e dobráveis extremamente finas (lembre-se que o grafeno não tem espessura). É fácil imaginar um computador mas ou menos parecido com um jornal de papel, tão maleável quanto este.
Ecrãs ultra-flexíveis, em breve uma realidade? Meio Ambiente. Painéis solares capazes de converter 42% da energia que recebem (contra 16% atualmente).
Baterias com uma autonomia mais de 10 vezes superior à dos nossos computadores atuais, tablets e telefones, o que também pode resolver o problema da autonomia dos carros elétricos.

O grafeno também pode dessalinizar a água do mar . Muito grafeno com poros de um nanometro de diâmetro será permeável à água e só permitiria a passagem de moléculas de H2O, permitindo um fenômeno de osmose centenária de vezes mas rápido do que com as membranas usuais. Poderíamos, assim, produzir grandes quantidades de água doce com água do mar muito rapidamente. Sua robustez é suficiente para sustentar a pressão necessária para a dessalinização, na ciência aeroespacial. A leveza do material possibilitaria a criação de aviões muito mas rápidos e que emitiriam menos gases nocivos à atmosfera.

Uso na medicina avançada, vacinas contra ou câncer. Sensores a serem tatuados nos dentes capazes de detectar as patologias do hospedeiro. No mundo dos esportes e esportivos. Raquetes de tênis com cabeça parcialmente feitas de grafeno já são vendidas no mercado. Gulf tacos, varas de pesca e arcos, mas leves e resistentes. A líder industrial do grafeno, a empresa Vorbecek, planeja usar esse material para criar roupas ultra resistentes. O fabricante HEAD produz uma linha de raquetes utilizando grafeno, proporcionando a leveza e resistência do material
Resumidamente

Se tivesse que dar uma imagem do futuro, seria como o grafeno. Ainda impensável pela ciência ate pouco tempo atrás, ela vem se tornando cada vez mais concreta com os avanços científicos e a queda de seu custo de produção, que ainda é muito alto em comparação com outros materiais como a fibra de carbono.
No entanto, muitos projetos aguardam sua chegada. Seja na área digital, aeronáutica ou médica, as inovações possibilitadas pelo uso desse material milagroso prometem transformar toda uma faceta da economia, impactando até mesmo o nosso próprio modo de vida. Já presente em escala reduzida em determinados setores, não é a miragem distante, mas um trem em movimento para o qual a única barreira ao transporte é financeiro . Vamos nos preparar para a chegada do grafeno, porque está chegando.

Escala: Opera em um universo de tamanho nano, menor que um fio de cabelo ou grão de areia, onde materiais exibem comportamentos diferentes do que em escala macroscópica.
Manipulação: Envolve a criação, o estudo e o uso de materiais e estruturas em nível molecular, construindo objetos átomo por átomo e molécula por molécula.
Objetivo: Desenvolver dispositivos e sistemas com funções específicas e propriedades aprimoradas, como maior resistência, leveza ou condutividade.
Aplicações
Medicina: Nanopartículas podem ser usadas para entregar medicamentos diretamente a células específicas, como no tratamento de câncer, minimizando efeitos colaterais.
Eletrônica: Permite a construção de dispositivos com densidades de memória muito maiores, como memórias com capacidade para armazenar trilhões de bits por centímetro cúbico.
Energia: Nanogeradores que produzem energia a partir de movimentos corporais ou nanofios luminescentes que podem ser usados para iluminação.
Agronegócio: Desenvolvimento de fitoquímicos nanoencapsulados para aumentar a eficiência e a durabilidade de tratamentos agrícolas, e sensores para monitoramento preciso do solo.
Materiais: Criação de materiais mais resistentes e leves, como o grafeno, que é mais duro que o aço, mais leve que o alumínio e quase transparente.

MAIS INFORMAÇÕES DA GRAFITA (GRAFITE) EXTRAI O GRAFENO

O termo "grafeno mineral" pode se referir ao grafeno, que é um material obtido a partir do grafite, um mineral rico em carbono. O grafeno é uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma estrutura hexagonal, sendo extremamente fino, forte, leve, flexível e com alta condutividade elétrica e térmica. O Brasil se destaca como um dos maiores produtores de grafite do mundo, o que facilita a produção de grafeno.

Grafite vs. Grafeno

Grafite: É o mineral bruto encontrado em depósitos naturais. É mais fraco e opaco, usado em lápis e como lubrificante.
Grafeno: É uma única folha de átomos de carbono extraída do grafite. É um material 200 vezes mais forte que o aço e tem propriedades únicas.

Aplicações do Grafeno

O grafeno possui diversas aplicações devido às suas propriedades extraordinárias, como:
Eletrônicos: Telas flexíveis, sensores, e melhor condutividade elétrica em chips e baterias.
Saúde: Biossensores, próteses flexíveis, curativos e agentes para terapia do câncer.
Indústria automotiva: Pneus mais resistentes, revestimentos anticorrosão e aditivos para combustível que melhoram a eficiência.
Energia: Painéis solares mais eficientes e baterias de maior duração.
Têxtil: Tecidos resistentes, impermeáveis e com proteção UV (roupas especiais)

SÍNTESE: Grafita é um mineral composto de carbono puro, macio e cinza, usado na fabricação de lápis, lubrificantes, refratários e baterias de lítio. Suas propriedades incluem alta condutividade térmica e elétrica, inércia química e estabilidade térmica, tornando-o valioso para diversas aplicações industriais.

Características da grafita (grafite)

Composição: É uma forma de carbono com uma estrutura cristalina em camadas.
Dureza: É um mineral macio, com dureza entre 1 e 2 na escala de Mohs.
Cor e brilho: Geralmente tem cor cinza escuro a preto e um brilho metálico.
Usos principais
Lápis: É misturada com argila para fazer o "grafite" dos lápis e lapiseiras.
Lubrificante: Sua estrutura em camadas permite que seja usada como lubrificante sólido.
Refratários: É usada em tijolos e peças refratárias devido à sua alta resistência ao calor.
Baterias: É um componente fundamental em baterias de lítio, usadas em veículos elétricos e eletrônicos.
Outras aplicações: É utilizada em eletrodos, tintas protetoras para aço, escovas de motores elétricos e para aumentar o teor de carbono em ligas de ferro e aço

O GRAFENO ESTÁ ENTRE UM GRUPO SELETO DE MINERAIS

O grafeno é uma folha de átomos de carbono disposta em uma estrutura hexagonal, como um favo de mel. É considerado o material mais fino e um dos mais resistentes já criados, além de ser leve, flexível, transparente e um excelente condutor de eletricidade e calor. Ele é obtido a partir do grafite e tem um potencial enorme para revolucionar diversas áreas como eletrônica, energia, medicina e indústria automobilística.

Estrutura e propriedades

Estrutura: Uma camada única de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal, semelhante a uma folha de grafite.
Resistência: É 200 vezes mais resistente que o aço, apesar de ser muito mais leve.
Condutividade: Conduz eletricidade e calor de forma muito eficiente, sendo um melhor condutor que o cobre.
Flexibilidade e leveza: É extremamente leve e flexível.
Transparência: É transparente e impermeável a gases.

Descoberta: Foi isolado pela primeira vez em 2004 por Andre Geim e Konstantin Novoselov, que ganharam o Prêmio Nobel de Física em 2010 pelo feito.

MAIS INFORMAÇÕES:

Eletrônicos: Transistores ultrarrápidos, circuitos integrados flexíveis e telas transparentes.
Energia: Baterias de alta capacidade, células solares mais eficientes e supercapacitores.
Medicina: Dispositivos de diagnóstico avançados, engenharia de tecidos, biossensores e curativos.
Materiais: Fortalecimento de ligas de construção e pneus mais resistentes para automóveis.
Outras áreas: Têxteis com funcionalidades inteligentes (impermeáveis, aquecimento, autolimpeza), revestimentos anticorrosão e câmeras mais sensíveis.

Muito se fala acerca do grafeno, esse material revolucionário que graças a uma combinação de características que incluem a leveza, flexibilidade, condutividade e resistência, é capaz de dar propriedades quase mágicas a objetos de todos os tipos.

O grafeno é um dos materiais mais interessantes e versáteis. É o primeiro material bidimensional do mundo, com uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma estrutura hexagonal que possui um conjunto de propriedades únicas e extraordinárias. Além de ser o material mais fino, forte e leve conhecido, o grafeno é flexível, impermeável a moléculas e um ótimo condutor elétrico e térmico.
Enquanto o mundo se esforça para manter seu ritmo de inovação, o grafeno tem muito a oferecer, ele está ajudando a facilitar a próxima geração de tecnologia. Por exemplo, sua natureza forte e flexível possibilita visores de celulares e baterias flexíveis. Sua excelente capacidade de detecção pode ser usada na próxima geração de eletrônicos e no desenvolvimento de produtos para a Internet das coisas.
O grafeno estável e bidimensional foi descoberto acidentalmente em 2004 pelos físicos russos André Geim e Konstantin Novoselov, o que garantiu aos pesquisadores o prêmio Nobel de Física em 2010.

Propriedades Mecânicas do Grafeno

O grafeno é o material mais resistente já conhecido, tamanha resistência decorre das fortes ligações químicas formadas entre seus átomos de carbono. Ele é cerca de 200 vezes mais resistente que materiais largamente utilizados na construção civil, como o aço.

Propriedades Elétricas

Em virtude da estrutura hexagonal das ligações de carbono, os elétrons deslocam-se no interior dessas finas camadas em velocidades relativísticas, próximas à velocidade da luz.
Em temperatura ambiente a resistividade elétrica do grafeno é a mais baixa conhecida, menor que a da prata – o melhor condutor metálico que conhecemos. Isso o torna o material mais condutor do mundo.

Propriedades Ópticas

O grafeno é visível a olho nu, já que permite a passagem de 97% a 98 % da luz incidente. Isso implica que, ao amontoarem-se diversas folhas de grafeno, é possível produzir um corpo perfeitamente negro, capaz de absorver quase toda a radiação incidente sobre ele.

Propriedades Térmicas

Em virtude das suas propriedades eletrônicas, o grafeno é um excelente condutor térmico. Esse material é capaz de dissipar calor mais rápido que qualquer outro conhecido.
Além disso, alguns estudos sugerem que sua temperatura de fusão seja de 4125 K, cerca de 3851° C.

Como o grafeno pode ser aplicado?

Sensores
À medida que a sociedade ultrapassa os limites de suas capacidades sensoriais, o grafeno tem um grande papel a desempenhar. Sua grande área superficial, alta condutividade elétrica, propriedades ópticas exclusivas e alta condutividade térmica o tornam ideal para sensores.
Sensores ultrassensíveis à base de grafeno também podem ser menores, mais leves e mais baratos que os sensores tradicionais, esses podem ser usados de várias maneiras diferentes, desde sensores químicos de contaminação de gases, pH e ambiente, até sensores de pressão e deformação.
A compatibilidade biológica do grafeno também o vê sendo usado em sensores biológicos capazes de detectar moléculas como o DNA e muitos analitos diferentes, como glicose, glutamato, colesterol, hemoglobina. Os sensores de grafeno podem melhorar nossas vidas, desde a criação de embalagens inteligentes de alimentos que podem monitorar a adequação dos alimentos para consumo humano, até sensores vestíveis que podem monitorar a saúde em tempo real.

Energia

À medida que a população global se expande, a demanda por produção e armazenamento de energia aumenta constantemente. O grafeno com sua grande condutividade elétrica, natureza leve, estabilidade química e alta flexibilidade mecânica, têm um papel fundamental a desempenhar para atender a essa demanda na geração e armazenamento de energia.
CÉLULAS SOLARES, baterias, super capacitores, armazenamento de hidrogênio e células de combustível são todas as áreas em que esse material pode fazer a diferença. Eles podem ser usados para produzir dispositivos novos e únicos ou integrar-se aos dispositivos atuais para aumentar seu desempenho.
Por exemplo, o grafeno ativado permite produzir super capacitores para armazenamento de energia e também aumenta sua vida útil, capacidade de armazenamento de carga e velocidade de carregamento para baterias de íons de lítio. Para geração de energia, pode ser usado para prolongar a vida útil de células solares.
Eletrônicos

Como a indústria de eletrônicos se esforça para manter seu ritmo de inovação – o grafeno, sendo flexível, forte, fino e altamente condutor – tem muito a oferecer. Ele pode ajudar a facilitar a próxima geração de tecnologia, desde chips e interconexões para troca de dados até telas flexíveis para tecnologias “vestíveis”, como smartwatchs.
Como a miniaturização é um dos principais fatores impulsionadores da indústria eletrônica, a espessura do grafeno associada à sua alta condutividade à temperatura ambiente, mostra um futuro promissor.

Compósitos

A próxima geração de compósitos e revestimentos pode ser aprimorada pelo grafeno, suas propriedades são úteis para uma ampla gama de aplicações. Desde revestimentos antiestáticos e anticorrosivos até compostos ultra fortes e leves.
O grafeno pode não apenas melhorar o desempenho dos materiais atuais, mas também possibilitar novos campos de aplicação.

Tecnologias Biomédicas

À medida que a demanda por serviços de saúde continua a aumentar, aumenta também a demanda por novas soluções nessa área. Essas soluções devem ser mais eficazes, custar menos, prevenir e curar doenças e devem ser igualmente eficazes em todo o mundo. O grafeno está abrindo caminho para novos diagnósticos e tratamentos graças às suas propriedades exclusivas, como alta área de superfície, mobilidade de elétrons e potencial de funcionalização – tudo favorável a tecnologias BIOMÉDICAS.
Por exemplo, a área de superfície do grafeno é uma excelente plataforma para a administração de medicamentos e a condutividade gera biossensores eficazes. A capacidade do grafeno de ser transformado em andaimes, mantendo a condutividade inerente, pode ser utilizada na engenharia de tecidos. Novas pesquisas mostraram que o grafeno pode ser incorporado a um polímero para produzir sensores eletromecânicos muito sensíveis e que pode ser usado para fazer implantes cerebrais profundos aprimorados.

Fotônica e Optoeletrônica

As propriedades do grafeno o tornam ideal para sistemas optoeletrônicos e de comunicações ópticas. Suas excelentes propriedades elétricas e absorção são altamente adequadas para dispositivos optoeletrônicos de alto desempenho e podem ser facilmente integradas aos sistemas fotônicos de silício. Além disso, sua flexibilidade, robustez e estabilidade têm o potencial de permitir dispositivos completamente novos.
As tecnologias baseadas em grafeno estão se revelando parte integrante da nova geração de comunicações, como o 5G – permitindo sistemas de comunicação óptica de alto desempenho por meio de dispositivos optoeletrônicos ultrarrápidos e compactos.
Desde lasers e comutadores ópticos, até comunicação sem fio e captação de energia, o grafeno terá um papel importante no campo da optoeletrônica.
As maiores reservas mundiais de grafeno estão sob nosso território, indicando um mercado promissor para os brasileiros.

Rowan Pedro de Araújo é Vice Presidente dos Conselhos Empresariais de Mineração e Siderurgia e do Agronegócio da ACMinas - Associação Comercial e Empresarial de Minas - Atua como professor de Economia industrial na UNIDIS

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