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Sobre os diferentes materiais industriais à base de carbono (negro de fumo, carvão ativado, grafeno, etc) e a sua utilização ao longo dos séculos mais recentes


Antes de cerca de 1880, as formas de carbono disponíveis incluíam o negro de fumo, que era o único material de escrita disponível e obtido a partir de chamas fumegantes. Os carvões porosos comumente obtidos pela carbonização da madeira, conhecidos como charcoals, tinham uso como remédio (por exemplo, problemas estomacais), como desodorizante (sabonetes e chuveiros eram inexistentes), na pólvora (balística) e na pirotecnia. 

A Segunda Guerra Mundial, onde surgiu a guerra do gás, exigiu o uso extensivo de carvão ativado em máscaras, cujo uso eficaz era uma questão de vida ou morte. (...) O carvão ativado é um material único pela forma como é preenchido com “buracos” (vazios, espaços, sítios, poros, o que for) do tamanho de moléculas. O que há de especial nesses buracos? É que, embora sejam espaços de densidade eletrónica zero, esses poros possuem intensas forças de van der Waals (provenientes da proximidade dos átomos de carbono) e estas são responsáveis pelo processo de adsorção.

(...) No período até cerca de 1940, houve uma expansão significativa da indústria do negro de fumo associada ao crescimento do tamanho e do número de jornais e da impressão em geral. Este período da história viu um número crescente de veículos movidos a gasolina nas estradas, todos necessitando de pneus pneumáticos que incorporassem negros de fumo para promover resistência ao desgaste. A procura por produtos siderúrgicos acelerou o número e o tamanho dos altos-fornos que consomem coque metalúrgico produzido a partir da carbonização do carvão nas coquerias, sendo um subproduto o piche de alcatrão de carvão (coal-tar pitch).

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Os veículos movidos a gasolina criaram uma indústria petrolífera expandida que refinou o petróleo bruto deixando para trás resíduos viscosos de barris que foram carbonizados em coques sólidos (...) , colocando assim no mercado uma variedade de coques retardados, conhecidos como shot cokes, esponja (regular) coques e coques de agulha. Este período também viu o rápido crescimento de uma indústria de produção de grafite, através do processo Acheson, sendo os elétrodos feitos de uma mistura de coque agulha e piche de alcatrão de carvão. 

Além disso, este período também viu o rápido crescimento da indústria de produção de alumínio usando a célula eletroquímica Heroult-Hall com seus ânodos carbonáceos feitos de coque retardado "normal" e piche de alcatrão de carvão como aglutinante. O período a partir de 1940 assistiu a um desenvolvimento contínuo na utilização de materiais de carbono, com a sua utilização a tornar-se cada vez mais sofisticada. Surgiram fibras de carbono, à base de poliacrilonitrilo (PAN) e materiais de piche. Algumas destas fibras podem ser oxidadas selectivamente para produzir fibras activadas por poros. As fibras, quando tecidas em unidades tridimensionais (pré-impregnados), que foram impregnadas com uma resina ou um piche adequado e depois carbonizadas/grafitizadas, tornaram-se compósitos de carbono com uma ampla gama de aplicações estruturais.

Atualmente, a gama de tipos de carbono produzidos é extensa e crescente. Muitos, sem dúvida, permanecerão como produtos interessantes, mas outros sem aplicações, não entrarão no mundo comercial.

Fonte: Harry Marsh, F. Rodríguez-Reinoso, Activated Carbon, Elsevier Science, 2006



Grafeno, o mais recente "diamante" que ainda tarda em dominar o mundo:

O tamanho do mercado global de grafeno foi avaliado em US$ 175,9 milhões em 2022 e deverá expandir a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 46,6% de 2023 a 2030. Espera-se que o mercado seja impulsionado pelo crescimento da indústria eletrónica nas economias emergentes e alta penetração em aplicações compostas. Espera-se também que a indústria do grafeno testemunhe um crescimento significativo devido à crescente procura por parte de institutos de investigação e empresas multinacionais para efeitos de investigação e desenvolvimento.

Porém, (...) a falta de um processo de produção economicamente viável para sintetizar quantidades significativas do material tem limitado a adoção industrial do produto. Cientistas de todo o mundo estão continuamente a procurar desenvolver um processo de produção económico para realizar a produção do material em escala industrial.

Espera-se que a propriedade de condutividade elétrica do material contribua para sua crescente aplicação em díodos emissores de luz, telas sensíveis ao toque e transistores eletrónicos, impulsionando assim o mercado. O material pode absorver grande quantidade de luz branca, o que pode ser útil na produção de células fotovoltaicas. Os produtos de óxido de grafeno, que são usados como filmes condutores transparentes em muitas aplicações, incluindo smartphones, também deverão testemunhar maior penetração durante o período de previsão.

Fonte: Grand Review Research