O grafeno é a próxima fibra de carbono?

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O grafeno é a próxima fibra de carbono?
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Vídeo: O grafeno é a próxima fibra de carbono?

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Vídeo: O que é FIBRA DE CARBONO? Como é feita a FIBRA de CARBONO? Onde usa a FIBRA de CARBONO? 2024, Marcha
Anonim

Descoberto em uma mancha de lápis, o grafeno poderia ser o novo super material que transforma a indústria de bicicletas?

A princípio, o grafeno é um material simples. É uma única camada de átomos de carbono com 0,3 nanômetros de espessura – um milhão de vezes mais fino que o papel desta revista. No entanto, é 150 vezes mais forte que o aço e 20% mais elástico. Conduz eletricidade melhor que cobre ou ouro, a uma velocidade de um milhão de metros por segundo. Ele dissipa o calor rapidamente. É transparente e totalmente impermeável, e deve ter o mesmo impacto no século 21 que a fibra de carbono teve no século 20 e o aço no século 19. Não é à toa que os dois cientistas de materiais da Universidade de Manchester que o descobriram em 2003, Andre Geim e Konstantin Novoselov, foram rapidamente premiados com um Prêmio Nobel e títulos de cavaleiro. Mas o que isso tem a ver com bicicletas?

Os primeiros adeptos do grafeno

Os primeiros produtos de ciclismo contendo grafeno estão começando a chegar ao mercado. Vittoria usa grafeno em seus mais recentes aros de carbono Qurano (veja p20) e Catlike também o usa em seu capacete Mixino. O construtor de quadros de carbono personalizado Richard Craddock, da Craddock Cycles, diz: “Há muita empolgação com o grafeno no momento, mas essas são apenas as primeiras incursões. Como todo novo material, seu potencial total ainda não é conhecido, mas é provável que o benefício máximo não seja um substituto do carbono, mas um aprimoramento. Eu usaria quando for comprovado.'

Paul Wiper, pesquisador associado do Instituto Nacional de Grafeno da Universidade de Manchester, diz: “O grafeno pode melhorar as propriedades mecânicas de um compósito, pois pode compartilhar a tensão quando adicionado à matriz de resina epóxi e torná-lo mais rígido. Você tem que obter o equilíbrio certo, no entanto. Muito grafeno, digamos 10 ou 20% da matriz, a tornaria muito rígida, mas também seria frágil.’

Seus colegas estão atualmente aperfeiçoando o uso do grafeno em quadros compostos para a indústria aeroespacial, e a fabricante espanhola de automóveis Spania já o inclui em seu chassi de supercarro GTA. Então, os quadros de bicicleta podem ser os próximos? “Não há nenhuma razão para não poder ser usado em quadros de bicicletas e tenho certeza de que alguém já está trabalhando neles”, prevê Wiper. Vittoria tem tanta fé no grafeno que colocou seu dinheiro onde está sua boca. “Por acaso jantei há cinco anos com o fundador da Directa Plus, uma das primeiras fábricas de grafeno da Europa, e tive a ideia de usar grafeno em nossos produtos”, diz Rudie Campagne, presidente da Vittoria. 'Então decidimos investir neles, estar na vanguarda.'

Vittoria afirma que, ao usar grafeno nas novas rodas de carbono Qurano, aumentou a resistência dos raios e a rigidez lateral do aro em até 30%. Mas acima de tudo, Campagne se entusiasma: “A melhor dissipação de calor do grafeno reduz a temperatura acumulada do aro [em frenagem], mantendo-o bem abaixo do limite onde a fibra de carbono começaria a se desintegrar.’

Adicionar grafeno ao carbono não é tão simples quanto adicionar açúcar ao seu café. A Directa Plus fornece grafeno para Vittoria como “nanoplaquetas”, que têm apenas três a sete átomos de espessura. “O grande desafio foi alcançar uma dispersão quase perfeita de grafeno no lote principal de resina epóxi para as folhas de carbono pré-impregnadas”, diz Campagne.

Inspiração

bicicleta de grafeno
bicicleta de grafeno

‘As pessoas especulavam há décadas que o grafeno existia dentro de alótropos de materiais de carbono como grafite, carvão e diamante, mas ninguém sabia como fazê-lo como uma única camada bidimensional ', diz Wiper. Em um momento de inspiração, Geim e Novoselov começaram com uma mancha de grafite cristalino – efetivamente uma marca de lápis – que é composta de várias camadas empilhadas de grafeno e, usando fita adesiva, removeram parte do grafite. Curiosos, eles fizeram isso de novo e de novo, até que finalmente isolaram uma única camada – grafeno puro. Então eles testaram.

'Normalmente, quando você torna os materiais cada vez mais finos, suas propriedades se deterioram', diz o próprio Geim. 'Mas com o grafeno descobrimos que as coisas só melhoraram.'

Laboratórios em todo o mundo agora produzem grafeno de várias maneiras, com diferentes purezas, tamanhos de amostra variados e quantidades de lotes. Por exemplo, a Catlike diz que usa nanofibras para manter a força de seus capacetes Mixino, que agora são 10g mais leves que os modelos anteriores. Outros o estão usando na forma de nanofitas, e a Samsung e a Sony afirmam ter inventado maneiras de fazer folhas contínuas. O que talvez seja surpreendente, porém, é que não é muito caro. Você pode comprar um quilo de nanoplaquetas por menos de £ 150. À medida que mais versões do material são criadas, é certo que o uso da palavra “grafeno” em material de marketing criará confusão para os consumidores. Será complicado verificar se um produto que afirma ser “aprimorado com grafeno” realmente contém o material submicroscópico ou se está fazendo algum bem. É uma brecha que os inescrupulosos podem explorar.

‘Um laboratório pode testar o material para ver se ele funciona como reivindicado, mas você teria que fazer um teste químico para garantir que o grafeno esteja presente ', diz Wiper. E como o grafeno existe na maioria das formas de carbono, até mesmo em pó de carvão, pode ser um inferno. Mas nas mãos certas, sua promessa para a indústria do ciclismo é vasta. Os usos potenciais do grafeno incluem a prevenção da corrosão em peças expostas, como aros, coroas e raios, ou, se incorporados em componentes de carbono, as nanofibras de grafeno podem conduzir eletricidade ou até mesmo transferir dados. Isso reduziria o cabeamento para mudanças eletrônicas e computadores de bicicleta. Alternativamente, poderia formar medidores de tensão em cubos de carbono, pedivelas, pedais, coroas ou solas de sapato, onde suas nanofibras reduziriam a complexidade e potencialmente reduziriam o preço dos medidores de energia.

Nano-diamantes já foram revestidos com grafeno para criar superlubrificantes, que poderiam eliminar quase todo o atrito dos rolamentos, e LEDs super brilhantes e aprimorados com grafeno são prometidos já no próximo ano. Um supercapacitor de grafeno pode potencialmente armazenar mais energia do que qualquer bateria existente, portanto, componentes eletrônicos de deslocamento substancialmente mais leves também seriam possíveis. Além disso, testes de incorporação de eletrodos de grafeno em fibras de polipropileno também estão em andamento, então há até algum potencial para inclusão futura em roupas de vestuário. É hipotético nesta fase, mas pode haver um momento em que sua camisa e shorts se tornem inteligentes, detectando sua frequência cardíaca, pressão arterial, temperatura, taxa de transpiração e até a atividade de músculos individuais. Realmente parece que seus usos e benefícios têm poucos limites.

‘O grafeno é obviamente tão novo que suas aplicações estão apenas começando a ser estudadas’, diz Campagne. “Vai levar muitos anos de estudo fundamental e aplicado para chegar a grandes novas melhorias de produtos existentes ou novas aplicações e refinamentos. A jornada está apenas começando.'

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