{"id":5053,"date":"2016-11-28T12:38:42","date_gmt":"2016-11-28T15:38:42","guid":{"rendered":"http:\/\/sbpmat.org.br\/?p=5053"},"modified":"2016-12-16T17:35:42","modified_gmt":"2016-12-16T20:35:42","slug":"artigo-em-destaque-muita-ciencia-e-uma-dose-de-acaso-para-chegar-a-receita-de-um-nanocomposito-multifuncional","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-muita-ciencia-e-uma-dose-de-acaso-para-chegar-a-receita-de-um-nanocomposito-multifuncional\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Muita ci\u00eancia e uma dose de acaso para chegar \u00e0 receita de um nanocomp\u00f3sito multifuncional."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico com participa\u00e7\u00e3o de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: One material, multiple functions: graphene\/Ni(OH)2 thin films applied in batteries, electrochromism and sensors<\/em>. Eduardo G. C. Neiva, Marcela M. Oliveira, M\u00e1rcio F. Bergamini, Luiz H. Marcolino Jr & Aldo J. G. Zarbin. Scientific Reports 6, 33806 (2016). doi:10.1038\/srep33806. Link para o artigo: http:\/\/www.nature.com\/articles\/srep33806<\/a><\/p>\n

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Muita ci\u00eancia e uma dose de acaso para chegar \u00e0 receita de um nanocomp\u00f3sito multifuncional<\/strong><\/p>\n

\"boxnioh2\"<\/a>Artigo recentemente publicado no peri\u00f3dico cient\u00edfico Scientific Reports, do grupo Nature, reporta um estudo realizado em universidades do estado do Paran\u00e1 (Brasil) sobre um material baseado no hidr\u00f3xido de n\u00edquel Ni(OH)2<\/sub> – composto de grande interesse tecnol\u00f3gico [ver box ao lado<\/em>]. A equipe de autores desenvolveu um m\u00e9todo inovador para fabricar um material formado por grafeno e nanopart\u00edculas de hidr\u00f3xido de n\u00edquel, fez filmes finos com esse material e demonstrou a efici\u00eancia desses filmes quando usados como eletrodos de baterias recarreg\u00e1veis, sensores de glicerol e materiais eletrocr\u00f4micos.<\/p>\n

O trabalho foi realizado dentro da pesquisa de doutorado de Eduardo Guilherme Cividini Neiva<\/a>, sob orienta\u00e7\u00e3o do professor Aldo Jos\u00e9 Gorgatti Zarbin<\/a>, no Programa de P\u00f3s-Gradua\u00e7\u00e3o em Qu\u00edmica da Universidade Federal do Paran\u00e1 (UFPR). Neiva come\u00e7ou a realizar trabalhos de pesquisa sobre nanopart\u00edculas de n\u00edquel na gradua\u00e7\u00e3o, orientado pelo professor Zarbin. No mestrado, ainda com Zarbin, o estudante desenvolveu uma rota de prepara\u00e7\u00e3o de nanopart\u00edculas de n\u00edquel met\u00e1lico para aplica\u00e7\u00f5es eletroqu\u00edmicas. Finalizado o mestrado, Neiva e Zarbin se propuseram a dar continuidade \u00e0 pesquisa no doutorado de Neiva, incluindo o grafeno na prepara\u00e7\u00e3o das nanopart\u00edculas de n\u00edquel met\u00e1lico para obter nanocomp\u00f3sitos de n\u00edquel e grafeno com propriedades diferenciadas. \u201cA maior parte dos meus interesses cient\u00edficos est\u00e3o voltados na prepara\u00e7\u00e3o de materiais com nanoestruturas de carbono, como nanotubos e grafeno\u201d, contextualiza o professor Zarbin, que assina o artigo da Scientific Reports como autor correspondente.<\/p>\n

Os primeiros trabalhos no laborat\u00f3rio j\u00e1 surpreenderam a dupla. Na presen\u00e7a do \u00f3xido de grafeno (usado como precursor do grafeno na prepara\u00e7\u00e3o do material), o processo tomava um rumo diferente. Nesse momento, Neiva e Zarbin enxergaram o potencial dessas particularidades: se bem compreendidas, poderiam ser controladas e utilizadas para preparar nanocomp\u00f3sitos, n\u00e3o apenas de n\u00edquel met\u00e1lico, mas tamb\u00e9m de hidr\u00f3xido de n\u00edquel, o que abriria novas possibilidades de aplica\u00e7\u00e3o. \u201cH\u00e1 uma frase que gosto muito, do Louis Pasteur, que se aplica perfeitamente nesse caso: “o acaso favorece as mentes bem preparadas”\u201d, diz Zarbin.<\/p>\n

Partindo dessa base, orientando e orientador criaram um processo simples e direto para fabrica\u00e7\u00e3o de nanocomp\u00f3sitos de grafeno e hidr\u00f3xido de n\u00edquel. Nesse processo inovador, ambos os componentes s\u00e3o sintetizados em conjunto, em uma \u00fanica rea\u00e7\u00e3o de apenas uma etapa. Usando essa t\u00e9cnica, Neiva fabricou os nanocomp\u00f3sitos. Amostras de hidr\u00f3xido de n\u00edquel puro tamb\u00e9m foram produzidas, para poder compar\u00e1-las com os nanocomp\u00f3sitos.<\/p>\n

As amostras foram estudadas por meio de uma s\u00e9rie de t\u00e9cnicas: difra\u00e7\u00e3o de raios X, espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), termogravimetria, microscopia eletr\u00f4nica de varredura com emiss\u00e3o de campo (FEG-MEV), e tamb\u00e9m por meio de imagens de microscopia eletr\u00f4nica de transmiss\u00e3o (TEM) realizadas pela professora Marcela Mohallem Oliveira, da Universidade Tecnol\u00f3gica Federal do Paran\u00e1 (UTFPR). A compara\u00e7\u00e3o entre os dois materiais foi favor\u00e1vel ao nanocomp\u00f3sito. \u201cO grafeno teve papel fundamental na estabiliza\u00e7\u00e3o das part\u00edculas em escala nanom\u00e9trica, no aumento da estabilidade qu\u00edmica e eletroqu\u00edmica das nanopart\u00edculas, e no aumento da condutividade do material, fundamental para uma melhora nas aplica\u00e7\u00f5es desejadas\u201d, comenta Aldo Zarbin.<\/p>\n

\"Aldo<\/a>
Aldo Jos\u00e9 Gorgatti Zarbin (\u00e0 esquerda de quem olha) e Eduardo Guilherme Cividini Neiva, autores principais do trabalho, no equipamento FEG-MEV do Grupo de Qu\u00edmica de Materiais da UFPR.<\/figcaption><\/figure>\n

A etapa seguinte consistiu no processamento dos nanocomp\u00f3sitos e das nanopart\u00edculas de hidr\u00f3xido de n\u00edquel puro para obter filmes finos, formato que possibilita seu uso nas aplica\u00e7\u00f5es desejadas. \u201cDepositar materiais na forma de filmes, recobrindo diferentes superf\u00edcies, \u00e9 um desafio tecnol\u00f3gico imenso, que se torna maior e mais desafiador quando se trata de materiais multicomponentes e materiais insol\u00faveis, infus\u00edveis e intrat\u00e1veis (todas caracter\u00edsticas do material reportado nesse artigo)\u201d, explica Zarbin.<\/p>\n

Para superar esse desafio, Neiva utilizou uma rota de processamento, chamada de m\u00e9todo interfacial l\u00edquido\/l\u00edquido, desenvolvida em 2010 pelo grupo de pesquisa liderado por Zarbin, o Grupo de Qu\u00edmica de Materiais da UFPR<\/a>. Essa rota, al\u00e9m de ser simples e barata, afirma o professor Zarbin, permite depositar materiais complexos na forma de filmes homog\u00eaneos e transparentes sobre v\u00e1rios tipos de materiais, incluindo pl\u00e1sticos. \u201cEssa rota se baseia na alta energia existente na interface de dois l\u00edquidos imisc\u00edveis (\u00e1gua e \u00f3leo, por exemplo), onde o material \u00e9 inicialmente estabilizado para minimizar essa energia, possibilitando sua posterior transfer\u00eancia para substratos de interesse\u201d, detalha o cientista.<\/p>\n

Com os nanocomp\u00f3sitos, Neiva obteve filmes finos transparentes de cerca de 100 a 500 nm de espessura, com nanopart\u00edculas de cerca de 5 nm de di\u00e2metro homogeneamente distribu\u00eddas sobre as folhas de grafeno. O hidr\u00f3xido de n\u00edquel puro, diferentemente, gerou filmes formados por nanopart\u00edculas esf\u00e9ricas porosas de 30 a 80 nm de di\u00e2metro, distribu\u00eddas de modo heterog\u00eaneo, formando aglomerados em algumas regi\u00f5es.<\/p>\n

Na fase final do trabalho, os filmes depositados sobre vidro e ITO (\u00f3xido de \u00edndio e estanho), foram testados em tr\u00eas aplica\u00e7\u00f5es, nas quais o nanocomp\u00f3sito teve desempenho superior ao hidr\u00f3xido de n\u00edquel puro.\u00a0 Enquanto material para eletrodos de baterias alcalinas recarreg\u00e1veis, o nanocomp\u00f3sito apresentou alta energia e alta pot\u00eancia \u2013 dois pontos positivos que n\u00e3o \u00e9 f\u00e1cil encontrar num mesmo material. O nanocomp\u00f3sito tamb\u00e9m demonstrou uma boa performance como sensor eletroqu\u00edmico. De fato, experimentos idealizados pelos professores M\u00e1rcio Bergamini e Luiz Marcolino Jr, tamb\u00e9m da UFPR, mostraram que o nanocomp\u00f3sito \u00e9 um sensor sens\u00edvel de glicerol (composto conhecido comercialmente como glicerina e usado em v\u00e1rias ind\u00fastrias). Finalmente, o nanocomp\u00f3sito agiu como eficiente material eletrocr\u00f4mico. Com essas caracter\u00edsticas, os filmes do grupo da UFPR t\u00eam chances sair do laborat\u00f3rio e fazer parte de produtos inovadores. \u201cIsso depende de parceiros que se interessem em escalonar o m\u00e9todo e testar em dispositivos reais\u201d, diz Zarbin.<\/p>\n

Por enquanto, al\u00e9m de artigos cient\u00edficos como o publicado na revista Scientific Reports, o trabalho gerou v\u00e1rias patentes, tanto sobre o m\u00e9todo de deposi\u00e7\u00e3o dos filmes finos quanto sobre suas aplica\u00e7\u00f5es em sensores de gases, eletrodos transparentes, dispositivos fotovoltaicos e catalisadores. \u201cE j\u00e1 desenvolvemos uma bateria flex\u00edvel, que s\u00f3 foi poss\u00edvel gra\u00e7as \u00e0 t\u00e9cnica de deposi\u00e7\u00e3o de filmes que desenvolvemos\u201d, complementa o professor Zarbin.<\/p>\n

O trabalho, que foi desenvolvido dentro dos projetos macro \u201cINCT de nanomateriais de carbono\u201d e “N\u00facleo de Excel\u00eancia em Nanoqu\u00edmica e Nanomateriais”, contou com financiamento das ag\u00eancias federais Capes e CNPq, e da Funda\u00e7\u00e3o Arauc\u00e1ria, de apoio ao desenvolvimento cient\u00edfico e tecnol\u00f3gico do estado do Paran\u00e1.<\/p>\n

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Esta figura, enviada pelos autores do paper, condensa as principais contribui\u00e7\u00f5es do trabalho. No centro, um bal\u00e3o com dois l\u00edquidos e o filme na interface representa o m\u00e9todo de processamento de filmes finos. \u00c0 esquerda consta um esquema do filme, com as nanopart\u00edculas de hidr\u00f3xido de n\u00edquel sobre a folha de grafeno. Logo \u00e0 direita do bal\u00e3o, uma fotografia do filme depositado sobre um substrato de quartzo mostra a homogeneidade e transpar\u00eancia do filme (\u00e9 poss\u00edvel ler um texto que est\u00e1 debaixo dele). Finalmente, \u00e0 direita, de cima pra baixo, as tr\u00eas aplica\u00e7\u00f5es s\u00e3o mostradas atrav\u00e9s de uma curva de descarga (bateria), de uma curva de varia\u00e7\u00e3o de transmit\u00e2ncia pelo potencial aplicado (eletrocromismo) e de uma curva anal\u00edtica mostrando a varia\u00e7\u00e3o linear da intensidade da corrente em fun\u00e7\u00e3o da concentra\u00e7\u00e3o de glicerol no meio (sensor).<\/figcaption><\/figure>\n

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