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Jul 25, 2023

Materiais do futuro: Grafeno e lignina

O uso da madeira na construção ressurgiu devido às crescentes preocupações com o impacto ambiental do concreto. No entanto, a madeira absorve umidade do ambiente, causando apodrecimento, mofo e

O uso da madeira na construção ressurgiu devido às crescentes preocupações com o impacto ambiental do concreto. No entanto, a madeira absorve a umidade do ambiente, causando apodrecimento, mofo e outros tipos de danos. Só na Suécia, o custo da reparação de danos causados ​​pela água em edifícios ultrapassa os 500 milhões de euros por ano. Para resolver este problema, pesquisadores dos Institutos de Pesquisa Membros Associados do Grafeno da Suécia (RISE) desenvolveram um sensor de grafeno embutido na madeira que pode detectar a umidade ambiente e a umidade dentro da madeira.

O RISE coordena o Centro Digital de Celulose (DCC), que visa tornar os materiais e produtos de base florestal parte do mundo digital, através da eletrónica sustentável e da economia circular. “O sensor de umidade e umidade de grafeno realmente demonstrou ser um caminho sustentável para a eletrônica e despertou um grande interesse dos parceiros acadêmicos e industriais do DCC”, disse a diretora do DCC Center, Ursula Hass, que mora em RISE.

Neste método de “Lignografia”, a equipe padronizou sensores usando uma tinta imprimível composta de lignina – um polímero orgânico complexo encontrado nas paredes celulares de muitas plantas e um subproduto da indústria de papel e celulose – e celulose, que foram convertidas em grafite ou grafeno após irradiação com um feixe de laser.

Após o processo de grafitização, esses sensores foram capazes de medir níveis de umidade na faixa de 10% a 90% a 25°C em diferentes tipos de madeira. Os sensores fabricados em madeira de abeto e pinheiro apresentaram alta sensibilidade, com valores de 2,6 e 0,74 MΩ para cada aumento de 1% na umidade, respectivamente. Por fim, os pesquisadores mostraram que as alterações de umidade coletadas por esses sensores podem ser lidas remotamente por meio de um computador conectado ou visualizadas com um simples sistema de LED.

Sensor de umidade fabricado em madeira de abeto comercialmente disponível. a) A madeira foi primeiro revestida com uma tinta à base de água contendo lignina e polímeros de celulose no formato de um abeto. Um laser de CO2 foi posteriormente usado para produzir dois eletrodos de carbono a partir do revestimento de tinta, deixando um pouco de tinta intocada entre os eletrodos para funcionar como uma camada de adsorção para detecção de umidade. b) Dois sensores fabricados em superfície de madeira, um vedado pela parte frontal, enquanto o outro foi mantido aberto ao ambiente. (Crédito: AUMENTAR)

Os pesquisadores do RISE também demonstraram componentes eletrônicos grafitados com lignina, como resistores e coletores de energia triboelétrica, envolvendo processos de “lignografia” semelhantes.

“As pesquisas do nosso grupo abrem caminho para o desenvolvimento de sensores à base de biografeno, coletores de energia e dispositivos e circuitos eletrônicos baseados em materiais sustentáveis ​​e recicláveis, como madeira e papel. Ao utilizar esses materiais que podem ser descartados em lixeiras de papel, esperamos eliminar a necessidade de lixeiras eletrônicas”, explica Mohammad Yusuf Mulla da RISE.

Além dos sensores de umidade na madeira, os pesquisadores do RISE, em colaboração com a Lignin Industries AB e a Bloom Renewables SA, também estão trabalhando em novos tipos de materiais à base de lignina que podem detectar pressão e entradas mecânicas. Por exemplo, estes “materiais inteligentes” podem ser usados ​​para operar interruptores liga/desliga e controles de volume dobrando ou tocando em vez de pressionar botões.

A equipe prepara os materiais inteligentes à base de lignina, modificando quimicamente a lignina em formulações termofixas ou termoplásticas. Aditivos funcionais como BaTiO3 e óxido de grafeno reduzido são adicionados a esses compósitos. Quando uma força externa é aplicada a um cristal de BaTiO3, a estrutura cristalina é distorcida, fazendo com que suas cargas positivas e negativas se separem e resultando na geração de um campo elétrico. Ao mesmo tempo, o grafeno – um excelente condutor de eletricidade – aumenta a condutividade dos compósitos à base de lignina, permitindo a transferência eficiente de cargas elétricas. Em comparação com materiais piezoelétricos comerciais à base de chumbo, os materiais à base de lignina são aditivos mais seguros e sustentáveis ​​para sensores de toque e pressão.