{"id":9286,"date":"2021-04-30T18:15:55","date_gmt":"2021-04-30T21:15:55","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=9286"},"modified":"2021-05-07T19:52:15","modified_gmt":"2021-05-07T22:52:15","slug":"artigo-em-destaque-abordagem-microfluidica-para-produzir-fibras-de-grafeno","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-abordagem-microfluidica-para-produzir-fibras-de-grafeno\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Abordagem microflu\u00eddica para produzir fibras de grafeno."},"content":{"rendered":"

\"Capa
Capa da Nanoscale destacando o trabalho. A arte foi realizada pelo aluno de inicia\u00e7\u00e3o cient\u00edfica Matheus Dias Santos.<\/figcaption><\/figure><\/p>\n

Fazer microfibras com materiais da fam\u00edlia do grafeno \u00e9 um desafio que alguns grupos de pesquisa do mundo t\u00eam decidido enfrentar nos \u00faltimos anos. Por ser flex\u00edveis e conduzir muito bem a eletricidade, essas estruturas alongadas de algumas dezenas de micr\u00f4metros de di\u00e2metro t\u00eam diversas aplica\u00e7\u00f5es, principalmente como componentes de dispositivos eletr\u00f4nicos flex\u00edveis. Os m\u00e9todos de produ\u00e7\u00e3o das microfibras, no entanto, t\u00eam falhado no controle de suas dimens\u00f5es e formato, impactando nas propriedades do material.<\/p>\n

Agora, uma equipe cient\u00edfica do Brasil, liderada pela professora Cec\u00edlia de Carvalho Castro Silva<\/a>\u00a0(Mackenzie), conseguiu vencer esse desafio mediante uma inovadora estrat\u00e9gia de processamento de \u00f3xido de grafeno (GO). A pesquisa foi reportada em artigo publicado na Nanoscale, revista da Royal Society of Chemistry, com\u00a0 destaque em uma das capas de fundo do jornal.\u00a0<\/span>Al\u00e9m disso, o paper faz parte de uma edi\u00e7\u00e3o especial do peri\u00f3dico<\/a><\/span>, que re\u00fane trabalhos de jovens pesquisadores com potencial de influenciar os rumos da nanoci\u00eancia e da nanotecnologia, da qual a professora Cec\u00edlia foi convidada a participar.\u00a0\u00a0<\/span><\/p>\n

\u201cNeste trabalho podemos apresentar \u00e0 comunidade de Ci\u00eancia e Engenharia de Materiais uma estrat\u00e9gia simples de se obter microfibras de \u00f3xido de grafeno (GO) com elevado controle de sua estrutura e dimens\u00f5es, com formato homog\u00eaneo e di\u00e2metro ajust\u00e1vel, atrav\u00e9s do uso de dispositivos microflu\u00eddicos\u201d, diz Cec\u00edlia, que \u00e9 pesquisadora no MackGraphe, centro da Universidade Presbiteriana Mackenzie dedicado \u00e0 pesquisa em grafeno e outros nanomateriais. A abordagem desenvolvida poderia se estender \u00e0 produ\u00e7\u00e3o de microfibras baseadas em outros materiais bidimensionais ou unidimensionais.<\/span><\/p>\n

O trabalho agregou a expertise do MackGraphe em materiais bidimensionais para dispositivos eletro-\u00f3pticos e a experi\u00eancia do N\u00facleo de Biomanufatura do IPT em Microflu\u00eddica (\u00e1rea multidisciplinar que se dedica a entender e controlar o comportamento de flu\u00eddos l\u00edquidos ou gasosos na escala microm\u00e9trica, usando para isso tubos ou c\u00e2meras que confinam os fluidos).<\/span><\/p>\n

Intera\u00e7\u00e3o entre flu\u00eddos<\/b><\/p>\n

Em linhas gerais, o desafio da equipe do MackGraphe e IPT foi conseguir que as folhas de \u00f3xido de grafeno, de espessura nanom\u00e9trica, se agrupem de forma homog\u00eanea e dentro da dimens\u00e3o desejada, formando fibras. Para isso, os cientistas desenvolveram um dispositivo composto por agulhas e canais microm\u00e9tricos, destinado a confinar dois l\u00edquidos diferentes e a fazer com que eles interajam de forma controlada.<\/span><\/p>\n

No dispositivo microflu\u00eddico, uma dispers\u00e3o de \u00f3xido de grafeno (l\u00edquido principal) e um composto com propriedades coagulantes e tensoativas (l\u00edquido de apoio) s\u00e3o injetados. Ambos fluem juntos em um canal, de tal modo que o l\u00edquido de apoio envolve uniformemente o l\u00edquido principal, impedindo que ele toque as paredes do dispositivo. Dessa forma, torna-se poss\u00edvel controlar com precis\u00e3o o di\u00e2metro das fibras que saem do dispositivo: quanto maior for a vaz\u00e3o do l\u00edquido de apoio, maior ser\u00e1 a compress\u00e3o que ele exerce sobre a dispers\u00e3o de GO, e mais finas ser\u00e3o as fibras formadas.\u00a0<\/span><\/p>\n

Para determinar de que maneira o di\u00e2metro das microfibras poderia ser modulado em fun\u00e7\u00e3o da vaz\u00e3o entre os l\u00edquidos injetados, a equipe utilizou simula\u00e7\u00f5es computacionais. Esse trabalho te\u00f3rico foi realizado pela pesquisadora Martha Luc\u00eda Mora Bejarano, do IPT, usando a t\u00e9cnica de fluidodin\u00e2mica computacional (CFD).<\/span><\/p>\n

\"Fotografia
Fotografia do dispositivo microflu\u00eddico junto a uma moeda de 10 centavos de real, para refer\u00eancia de tamanho. A pe\u00e7a laranja, \u00e0 esquerda, cont\u00e9m o injetor para ingresso do l\u00edquido que cont\u00e9m \u00f3xido de grafeno. No tubo preto \u00e9 injetado o l\u00edquido de apoio (solu\u00e7\u00e3o coagulante). Dentro da caixa azul, ambos os l\u00edquidos interagem. \u00c0 direita est\u00e1 o bico de sa\u00edda, que expele as microfibras de GO.<\/figcaption><\/figure>\n

Transistores flex\u00edveis<\/b><\/p>\n

O m\u00e9todo desenvolvido pela equipe brasileira inclui uma fase para melhorar as propriedades el\u00e9tricas das microfibras. De fato, o \u00f3xido de grafeno, comparado com o grafeno, \u00e9 um material mais f\u00e1cil e barato de se produzir, mas \u00e9 um isolante el\u00e9trico, devido \u00e0 presen\u00e7a de grupos funcionais oxigenados na sua estrutura.\u00a0 Contudo, tratamentos simples conseguem remover uma parte desses elementos, gerando o chamado \u00f3xido de grafeno reduzido (rGO), cuja capacidade de conduzir eletricidade atinge n\u00edveis pr\u00f3ximos aos do grafeno puro.\u00a0<\/span><\/p>\n

No trabalho reportado na Nanoscale, tratamentos t\u00e9rmicos e de microondas foram realizados nas microfibras para melhorar suas propriedades el\u00e9tricas. O resultado foi muito positivo, e os pesquisadores puderam utilizar as fibras de \u00f3xido de grafeno para montar transistores (componentes b\u00e1sicos da eletr\u00f4nica que cumprem as fun\u00e7\u00f5es fundamentais de ligar, desligar ou amplificar a corrente el\u00e9trica). Totalmente flex\u00edveis, esses transistores poderiam ser usados nos mais diversos dispositivos vest\u00edveis, desde sensores para monitorar problemas de sa\u00fade at\u00e9 dispositivos para gerar e armazenar energia em tecidos eletr\u00f4nicos.<\/span><\/p>\n

\"Tr\u00eas
Tr\u00eas imagens das microfibras obtidas pelos pesquisadores de institui\u00e7\u00f5es brasileiras. Acima, a fotografia destaca as dimens\u00f5es a olho nu e a flexibilidade de uma das microfibras de GO. Abaixo, imagens de microscopia eletr\u00f4nica de varredura. \u00c0 esquerda, n\u00f3 feito em uma microfibra, mostrando a flexibilidade. \u00c0 direita, o corte transversal de uma microfibra permite visualizar a uni\u00e3o de folhas de GO que forma a fibra.<\/figcaption><\/figure>\n

Agregando compet\u00eancias<\/b><\/p>\n

A g\u00eanese do trabalho remonta a 2017, quando a professora Cec\u00edlia iniciava o desenvolvimento de microfibras de \u00f3xido de grafeno em seu grupo de pesquisa rec\u00e9m-criado no MackGraphe, e se deparava com in\u00fameros problemas com rela\u00e7\u00e3o \u00e0 estabilidade das propriedades mec\u00e2nicas das fibras e ao controle da sua espessura e comprimento.\u00a0<\/span><\/p>\n

No mesmo ano, Cec\u00edlia fez parte do comit\u00ea organizador do VII Workshop de Microflu\u00eddica, que foi realizado no Instituto de Pesquisas Tecnol\u00f3gicas (IPT), em S\u00e3o Paulo. Nesse comit\u00ea, estava tamb\u00e9m o pesquisador s\u00eanior do IPT Mario Ricardo Gongora Rubio<\/a>, coordenador de um grupo de pesquisa com ampla experi\u00eancia no desenvolvimento de dispositivos microflu\u00eddicos.\u00a0<\/span><\/p>\n

\u201cEm conversas com Mario, tivemos esta ideia de explorar o uso de dispositivos microflu\u00eddicos com focaliza\u00e7\u00e3o hidrodin\u00e2mica 3D para obten\u00e7\u00e3o das microfibras de GO com elevado controle estrutural e de di\u00e2metro\u201d, relembra a cientista. Como a estrat\u00e9gia j\u00e1 tinha se mostrado efetiva na obten\u00e7\u00e3o de microfibras polim\u00e9ricas, a dupla de pesquisadores pensou em adapt\u00e1-la \u00e0 produ\u00e7\u00e3o das microfibras de \u00f3xido de grafeno.\u00a0\u00a0<\/span><\/p>\n

A ideia se concretizou no mestrado de Jaqueline Falchi da Rocha<\/a>, iniciado em 2018 sob orienta\u00e7\u00e3o da professora Cec\u00edlia no Programa de P\u00f3s-gradua\u00e7\u00e3o em Engenharia de Materiais e Nanotecnologias do Mackenzie. \u201cTivemos a oportunidade de submeter um projeto ao Programa Novos Talentos, do IPT, que financia bolsas de estudos de alunos promissores para desenvolverem pesquisas em conjunto com o instituto\u201d, relata Cec\u00edlia. O projeto foi aprovado, e Mario ficou como coorientador do trabalho de Jaqueline, cuja tese de mestrado foi defendida em julho de 2020.<\/span><\/p>\n

A pesquisa recebeu financiamento das ag\u00eancias brasileiras CNPq, Finep e Fapesp, do Fundo Mackenzie de Pesquisa e do IPT.<\/span><\/p>\n

\"Os
Os autores do artigo: Jaqueline F. Rocha, Leandro Hostert, Martha Lucia M. Bejarano, Roberta M. Cardoso, Matheus D. Santos, Camila M. Maroneze, Mario R. Gongora-Rubio e Cecilia de Carvalho Castro Silva.<\/figcaption><\/figure>\n

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Refer\u00eancia do artigo cient\u00edfico:<\/b> Graphene oxide fibers by microfluidics assembly: a strategy for structural and dimensional control<\/span><\/i>. Jaqueline F. Rocha, Leandro Hostert, Martha Lucia M. Bejarano, Roberta M. Cardoso, Matheus D. Santos, Camila M. Maroneze, Mario R. Gongora-Rubio and Cecilia de Carvalho Castro Silva. Nanoscale, 2021,13, 6752-6758. <\/span>https:\/\/doi.org\/10.1039\/D0NR08380A<\/span><\/a>.<\/span><\/p>\n

Contato do autor correspondente:<\/b> Profa Cecilia de Carvalho Castro Silva – cecilia.silva@mackenzie.br.<\/span><\/p>\n

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