Produção e caracterização de grafeno por escrita direta a laser e APCVD para aplicações em ortopedia e sensores. - Garnica, Deissy Johanna Feria (2024)
Recentemente, o grafeno tem sido objeto de numerosos estudos devido às suas excelentes propriedades. No entanto, essas propriedades, como sua alta condutividade elétrica e resistência mecânica, foram observadas principalmente em ambiente teórico ou em experimentos com grafeno esfoliado mecanicamente, que produz apenas pequenas folhas individuais de grafeno. Esse método restringe o uso do grafeno em aplicações práticas de grande escala. Por outro lado, quando obtido em amostras macroscópicas, com grande número de folhas, as propriedades do grafeno variam significativamente dependendo do método de obtenção utilizado, o que influencia diretamente suas possíveis aplicações. Nesse contexto, neste trabalho, são investigadas duas técnicas diferentes de obtenção de grafeno e estudada sua aplicação em dois campos específicos: implantes em ortopedia e sensores eletroquímicos. De modo geral, esta pesquisa buscou otimizar as características da formação de grafeno para que fossem adequadas e eficazes em cada um desses contextos, aproveitando ao máximo seu potencial nas aplicações práticas estudadas. Para as aplicações em ortopedia, foi utilizada a técnica APCVD catalítica, que consiste em decompor termicamente em altas temperaturas, precursores gasosos contento carbono sobre a superfície do substrato desejado. O processo permitiu a deposição homogênea de grafeno em toda a superfície de cilindros de aço cirúrgico 316L, destinados a implantes ortopédicos, visando melhorar a osseointegração. É importante ressaltar que, até a data, não tem sido relatada a deposição direta de grafeno sobre aço cirúrgico 316L em formato cilíndrico, sendo encontrados apenas alguns poucos estudos com placas planas de aço ou a partir da transferência de grafeno. Por outro lado, no âmbito dos sensores eletroquímicos, foi empregada uma técnica totalmente diferente, de baixo custo e baseada na escrita direta por feixe de Laser, que consiste em irradiar com Laser a superfície de um material carbonoso formando grafeno rapidamente. Esta técnica foi aplicada em filmes de carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-SiC:H) e folhas de poliimida (Kapton®). No caso do a-SiC:H foram produzidas folhas de grafeno com baixo empilhamento e no caso da poliimida foi obtido um grafeno com grande estruturação 3D (tipo foam like), apresentando alta condutividade elétrica. O diferencial apresentado nesta pesquisa, é o uso de um laser diodo comercial de baixo custo e baixa potência (500 mW), operando na faixa visível do espectro (405 nm). Trilhas deste grafeno 3D em Kapton foram utilizadas para fabricar sensores de pressão e sensores eletroquímicos, estes últimos avaliados com sucesso em medidas voltamétricas em acido cafeico e paracetamol, mostrando excelentes características de repetitividade, sensibilidade e estabilidade. Finalmente, esperamos com este estudo, ter contribuído de forma abrangente e relevante ao desenvolvimento das técnicas de obtenção do grafeno e das suas aplicações em áreas de grande importância, como são a medicina e os sensores.