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CARBONO no 12 | Setembro 2026

TRL 1-3 (PESQUISA)

TRL 8-9

COMERCIALIZAÇÃO

• TINTAS E RECOBRIMENTOS À BASE DE GRAFENO: A PRÓXIMA GERAÇÃO DA PROTEÇÃO INDUSTRIAL - PAG 22 • PET REFORÇADO COM ÓXIDO DE GRAFENO E NANOTUBOS: UMA ROTA ESCALÁVEL PARA FILMES DE ALTO DESEMPENHO - PAG 27 • DA GRAFITA AO GRAFENO: UM MINERAL CRÍTICO NA BASE DAS TECNOLOGIAS DO CARBONO - PAG 31 • GRAFENO NO SETOR AUTOMOTIVO: PROCESSAMENTO, APLICAÇÕES E PERSPECTIVAS - PAG 35 • DA BANCADA AO ESCALONAMENTO: AMPLIAÇÃO DA PONTE ENTRE PESQUISA E PRODUÇÃO DE ÓXIDO DE GRAFENO -PAG -PAG 39 • GRAFENO RUMO À ESCALA INDUSTRIAL: EVIDÊNCIAS E UMA ESTRUTURA CONCEITUAL DE GÊMEOS DIGITAIS PARA FABRICAÇÃO, SENSORIAMENTO E INTEGRIDADE DE VÁLVULAS DE CONTROLE - PAG 43

conteúdo | no 12 | setembro 2026

CARBONO SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Técnicos LTDA (19) 3783-8023 - Rua Ipauçu, 178 - Vila Marieta, Campinas (SP) - www.portalaquecimentoindustrial.com.br Marco Antonio Colosio - Editor Chefe, marcocolosio@gmail.com Udo Fiorini Publisher – Diretor Comercial, Co-editor Chefe, udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789 Joyce Araújo - Direção Técnica, jraraujo@inmetro.gov.br Rodrigo Coelho - Direção Inovação, rodrigo.coelho@�ieb.org.br Jéssica Carboni - Vendas, Marketing, Redação, Diagramação • jessica@grupoaprenda.com.br • (19) 3783-8023 • (19) 98748-3744

ANUNCIANTES Fórum Grafeno

Aprenda TECH & METAL 2027

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CONGRESSO CARBONO 2026

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COLUNAS Editorial

por Marco Antonio Colosio

Coluna

por Joyce Araújo

Coluna

por Guilherme Frederico Bernardo Lenz e Silva e por Karim Sapag

Coluna

por Fernando Soares Lameiras e Clascídia Aparecida Furtado por Glaura Goulart Silva e Rodrigo Gribel Lacerda por Eder Ferreira

por Rodrigo Santiago Coelho º por Marcos A. Pimenta por Maria do Carmo Rodriguez por Valdirene Sullas Peressinotto

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conteúdo | no 12 | setembro 2026

ARTIGOS

TINTAS E RECOBRIMENTOS À BASE DE GRAFENO: A PRÓXIMA GERAÇÃO DA PROTEÇÃO INDUSTRIAL

PET reforçado com óxido de grafeno e nanotubos: uma rota escalável para ﬁlmes de alto desempenho

Da graﬁta ao grafeno: um mineral crítico na base das tecnologias do carbono

Grafeno no setor automotivo: processamento, aplicações e perspectivas

Da bancada ao escalonamento: ampliação da ponte entre pesquisa e produção de óxido de grafeno

Grafeno rumo à escala industrial: evidências e uma estrutura conceitual de gêmeos digitais para fabricação, sensoriamento e integridade de válvulas de controle

por Amanda M. A. Coco, Daniela P. de O. Aguiar, Mariana B. Barbosa, Caio César N. de Melo A corrosão como um desafio global - Poucos problemas industriais são tão antigos e persistentes quanto a corrosão.

por Marcelo S. M. Viana, Ana Clara M. Soutelo, Luciana V. Cambraia e Glaura G. Silva Ampliar o desempenho do PET sem abandonar rotas de transformação já consolidadas é um desafio relevante para a indústria de polímeros. por Guilherme Frederico Bernardo Lenz e Silva Um material antigo para uma nova economia tecnológica. Poucos materiais reúnem estabilidade química, condução térmica e elétrica, resistência a altas temperaturas, baixo atrito e uma estrutura capaz de originar sólidos carbonosos de diferentes dimensionalidades. por Rodolfo Luiz Prazeres Gonçalves*, Marcos Massi, Antônio Augusto Couto O grafeno e seus derivados formam uma família de materiais bidimensionais com elevado potencial para contribuir com veículos mais leves, eficientes, duráveis e eletrificados. Seu aproveitamento tecnológico é orientado pela rota de produção, pela qualidade do material e pela forma de incorporação à matriz ou ao componente.

por Benedito Guimaraes Aguiar Neto; Camila Marchetti Maroneze; André Luís Helleno Transformar conhecimento científico em soluções capazes de alcançar o mercado é um dos grandes desafios enfrentados por institutos de pesquisa e empresas envolvidas no desenvolvimento de novas tecnologias. No campo do grafeno e de seus derivados, essa transição exige mais do que demonstrar, em laboratório, a viabilidade técnica de uma solução.

por Marcelo Alexandre Tirelli — Engenharia Química, Universidade Presbiteriana Mackenzie Este artigo analisa criticamente como gêmeos digitais, modelos orientados por dados e automação experimental podem apoiar a fabricação e o escalonamento do grafeno e de materiais relacionados. Adota-se uma definição operacional baseada em entidade-alvo, representação digital, conexão de dados, regime de atualização, caso de uso, validação e incerteza.

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editorial

GRAFENO: O INCRÍVEL MUNDO DO PEQUENO GRANDE MATERIAL

ano de 2026 está sendo bastante interessante para o universo do grafeno em nosso país; situações vivenciadas em nosso meio desde o início da jornada desse material têm sido mais bem esclarecidas

Atualmente, já sabemos analisar o grafeno in natura, seja ele na forma de óxido, tubo, plaqueta de poucas ou muitas camadas, entre outras derivações. Conforme planejado, já estamos próximos de afirmar que dominamos as técnicas de avaliação do grafeno em resinas poliméricas. Mas nem tudo são maravilhas: a maioria dos laboratórios ainda não domina essas técnicas e está longe de estar preparada para suprir a demanda crescente desses novos produtos. A temática “Grafeno” é complexa e nos exigirá esforços adicionais diante de observações recentes e detalhadas desse meio, analisado por diferentes óticas e fatos. Isso nos traz um entendimento de como foi e será a vida do grafeno por aqui, e descrevo algumas de minhas interpretações. O primeiro ponto é afirmar que nem sempre tratamos adequadamente o assunto desde que o grafeno foi divulgado em nossa comunidade. Ou seja, o descompasso entre o marketing do grafeno em produtos diversos e o que realmente vem acontecendo se distanciou da coerência técnica, tanto nas opiniões quanto nas expectativas, que se mostraram muito fora da normalidade.

Tentarei resumir essas situações em poucas palavras: em muitos momentos, não lidamos com o grafeno tradicionalmente conhecido, de até 10 camadas, em diversos temas abordados. Em outras ocasiões, não dispersamos o grafeno corretamente durante o processamento de misturas, levando a erros de resultados. Também não contávamos com as melhores técnicas de avaliação da qualidade para esclarecer o que realmente havia sido praticado e, em muitos casos, as conclusões foram decepcionantes. Quero dizer que não se obtiveram os benefícios esperados e divulgados sobre o grafeno. É interessante como essa situação atípica tem influenciado nosso meio a desacreditar do grafeno como um material do futuro, tornando mais difícil nossa missão de reverter esse quadro para o que é realmente é correto.

Pois bem, após uma longa jornada de trabalho, a equipe do Fórum Grafeno, liderada por especialistas do INMETRO, tem atuado cirurgicamente nessas situações. Percebeu-se que estávamos muito equivocados em relação às conclusões; muitas delas não refletiam uma coerência entre o produto físico e os conceitos teóricos divulgados maciçamente na comunidade científica. São situações que já estamos mitigando para torná-las mais simples de entender. As conjunturas eram agravadas porque os pacotes ofertados pelos laboratórios de análises para produtos com grafeno têm sido considerados proibitivos em termos de custo. Todavia, essa prática se tornará coisa do passado, pois a disseminação em massa

dos procedimentos de testes e avaliações levará as ICTs a custearem apenas suas horas-máquina (HH) de utilização dos equipamentos, e não mais o valor do know-how, com alto valor agregado, para a emissão de um relatório sobre produtos com grafeno. Todos esses temas anteriores, somados à sinergia entre grupos de pesquisa e desenvolvimento na área de grafeno e carbono, são assuntos da nossa revista. Nesta edição, procuramos convidar pessoas renomadas para exporem suas ideias em colunas e publicarem estudos que trazem uma visão sobre a aplicação do grafeno e suas oportunidades. Também mantemos a política de divulgação de potenciais centros de tecnologia e inovação, com o SENAI ISI de Belo Horizonte ilustrando seus potenciais.

A edição atual da Revista Grafeno, além de seus propósitos, está celebrando uma aproximação entre o universo do “carbono” e o seleto grupo do grafeno, e tudo isso deve se consagrar no Congresso Latino-Americano do Carbono, no final de novembro deste ano, em Belo Horizonte. O evento tradicional do Fórum Grafeno se integrará a um ambiente pouco explorado anteriormente. Ou seja, a grande massa de pesquisadores e ICTs terão diante de si empresas e produtos físicos no Fórum Grafeno para explorar e debater resultados em relação às teorias e à ciência abordadas nas academias. Se os pontos discutidos são ricos em debates, incrível será o que virá pela frente, já sendo exposto no próximo encontro do Fórum Grafeno, em novembro de 2026, em BH. Vamos apresentar em detalhes cada situação descrita anteriormente. Por enquanto, aproveitem esta edição e estejam preparados para o nosso encontro anual, manteremos firmes em nossos propósitos!

Prof. Dr. Marco Antonio Colosio marcocolosio@gmail.com

Fórum Grafeno - INMETRO Doutor em Tecnologia dos Materiais pelo IPEN/USP. Coordenador Geral do Pilar de Inovação & Circularidade e Presidente do Evento Circularidade Veicular da SAE BRASIL Professor Titular do Curso de Engenharia de Materiais da FSA/SP. Professor do Curso de Pós-Graduação em Tribologia na Engenharia Automotiva do Instituto de Mauá de Tecnologia. Conselheiro da Universidade Atitus / RS Mais de 35 anos de experiências e atuação em P&D no setor automotivo, inovação e especificações de materiais e componentes.

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coluna

A infraestrutura da qualidade a serviço do grafeno: ultrapassando o vale da morte

m 2026, podemos dizer que parte importante do “mistério” em torno do grafeno foi desvendada. Muito já se conhece sobre sua síntese, suas propriedades e, principalmente, sobre as técnicas necessárias para sua caracterização. No entanto, transformar esse conhecimento científico em confiança para a indústria e para o mercado exigiu a construção de uma base metrológica sólida, capaz de garantir que aquilo que é chamado de grafeno seja, de fato, grafeno e apresente propriedades adequadamente conhecidas e mensuradas. O Inmetro vem trabalhando com pesquisas relacionadas a materiais de bidimensionais relacionados ao grafeno, conhecidos pela International Organization for Standardization (ISO) como Graphene-Related Two-Dimensional Materials (GR2M) desde a criação da Divisão de Metrologia de Materiais, em 2007, quando pesquisadores da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e do próprio Inmetro iniciaram projetos voltados à nanometrologia de materiais de carbono. Esse histórico de pesquisa e desenvolvimento forneceu subsídios fundamentais para o estabelecimento de uma base metrológica robusta aplicada, posteriormente, aos materiais bidimensionais (2D). Com o avanço das pesquisas sobre grafeno, inicialmente obtido por meio da esfoliação de lâminas de grafite, a Divisão de Metrologia de Materiais passou a investigar diferentes fenômenos associados a esse nanomaterial. Os estudos abrangeram desde a criação controlada e a caracterização de defeitos até a incorporação do grafeno em diferentes matrizes, incluindo polímeros, asfalto e materiais cimentícios. Paralelamente, passaram a ser desenvolvidas rotas alternativas e sustentáveis para a produção de grafeno, sendo uma delas a partir de biomassas. Por volta de 2022, a Presidência do Inmetro promoveu a aproximação da academia, governo e representantes da indústria por meio de um painel setorial dedicado às aplicações do grafeno em tintas, compósitos e outras matrizes. O objetivo era ouvir diretamente o setor produtivo, identificar suas principais dificuldades e construir uma agenda de entendimentos capaz de responder às necessidades concretas da indústria. Naquele momento, os desafios eram inúmeros. Não

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bastava demonstrar que o grafeno apresentava propriedades extraordinárias em laboratório. Era necessário criar condições para que essas propriedades pudessem ser medidas de maneira confiável, comparável e rastreável, permitindo que o material avançasse da pesquisa para a aplicação industrial e, finalmente, para o mercado. A partir dessa demanda, pesquisadores e especialistas do Inmetro passaram a atuar de maneira integrada nos diferentes eixos da Infraestrutura da Qualidade, buscando contribuir para que o grafeno atravessasse o conhecido “vale da morte” da inovação e chegasse ao mercado incorporado a produtos industriais com maior confiança quanto às suas características físicas, químicas e estruturais. Nesse processo, tornou-se fundamental determinar com precisão parâmetros essenciais para sua identificação e classificação, como número de camadas, composição química, pureza, presença de defeitos e grau de oxidação. No eixo da normalização, o trabalho vem sendo desenvolvido no âmbito da ABNT/CEE-089 – Comissão de Estudo Especial de Nanotecnologia, que atua como comitê-espelho brasileiro do ISO/TC 229 – Nanotecnologias. Essa atuação permite ao Brasil acompanhar e participar ativamente da elaboração de normas internacionais relacionadas às nanotecnologias, contribuindo para a discussão e harmonização de requisitos técnicos. Paralelamente, são realizadas a adoção, tradução e proposição de normas técnicas brasileiras aplicáveis à terminologia, classificação, identificação e caracterização do grafeno e de materiais relacionados, buscando alinhar a normalização nacional às melhores práticas e referências internacionais. No âmbito da metrologia científica, métodos de ensaio e protocolos de caracterização vêm sendo desenvolvidos, testados e validados por meio de estudos interlaboratoriais, comparações bilaterais e ensaios de proficiência. O objetivo é assegurar maior comparabilidade entre resultados obtidos por diferentes laboratórios e estabelecer uma base técnica confiável para a caracterização desses materiais. No eixo da avaliação da conformidade, requisitos específicos para a avaliação da conformidade do grafeno foram desenvolvidos ao longo dos últimos anos, entre

coluna 2023 e 2026, e o respectivo regulamento encontra-se em processo de consolidação para publicação. Paralelamente, avançamos para uma nova etapa: a preparação e acreditação de laboratórios capazes de executar os ensaios necessários para dar suporte ao processo de certificação do grafeno. O desafio, entretanto, não termina na caracterização da matéria-prima. Desenvolvemos também métodos para avaliar e identificar a presença e as propriedades

quando aprendemos a produzi-la. Ela chega ao mercado quando aprendemos a medi-la, compará-la e, sobretudo, a confiar nela. É justamente aí que a Infraestrutura da Qualidade transforma conhecimento em confiança, confiança em inovação e inovação em desenvolvimento econômico e tecnológico. Se o “vale da morte” separa a descoberta científica do mercado, a metrologia e a Infraestrutura da Qualidade podem ser a ponte capaz de atravessá-lo.

do grafeno quando incorporado a diferentes matrizes e propomos agora comparar esses resultados com laboratórios de diferentes países. Essa iniciativa permitirá avaliar, em escala internacional, a capacidade de diferentes técnicas e laboratórios de verificar as características do grafeno em produtos e materiais complexos. Dessa forma, a trajetória construída pelo Inmetro demonstra que a Infraestrutura da Qualidade, quando aplicada de maneira integrada — reunindo metrologia, normalização, acreditação e avaliação da conformidade — pode funcionar como uma verdadeira ponte entre a ciência e o mercado. O grafeno nasceu como um material de propriedades extraordinárias observado em escala nanométrica. O desafio agora é fazer com que essas propriedades extraordinárias sejam traduzidas em produtos reais, seguros, comparáveis e confiáveis. Porque uma inovação não chega ao mercado apenas

Figura �. Representação do papel da Infraestrutura da Qualidade como ponte entre a pesquisa e a comercialização do grafeno. Metrologia, normalização, ensaios, acreditação e avaliação da conformidade contribuem para superar o chamado “Vale da Morte” da inovação, reduzindo incertezas e aumentando a confiança necessária para transformar conhecimento científico em produtos e aplicações de mercado.

Joyce Araujo - INMETRO

Chefe do Laboratório de Fenômenos de Superfície e Filmes Finos (Lafes) Diretoria de Metrologia Científica e Tecnologia (Dimci) Divisão de Metrologia de Materiais (Dimat)

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COLUNA INSTITUCIONAL • CIÊNCIA DO CARBONO

ABCarb e FLC: ciência do carbono no Brasil, integração latino-americana e futuro Da formação de uma comunidade científica nacional à consolidação de uma rede latinoamericana, ABCarb e FLC conectam conhecimento, formação de pessoas, cooperação e inovação em materiais de carbono.

CARBONO: UMA ÁREA CIENTÍFICA, MÚLTIPLAS TECNOLOGIAS

oucos elementos sustentam uma diversidade tecnológica tão ampla quanto o carbono. Grafita, carvão ativado, fibras e compósitos carbono-carbono, diamante, nanotubos, grafeno e carbonos porosos atendem a setores tão distintos quanto siderurgia, refratários, energia, mobilidade, defesa, indústria aeroespacial, eletrônica, meio ambiente e biomedicina. O grafeno, por sua vez, aproxima a ciência do carbono do universo mais amplo dos materiais bidimensionais — categoria que também inclui compostos não carbonosos. No Brasil, essa área não se desenvolveu a partir de uma única instituição ou de um programa isolado. Sua consolidação resultou da convergência entre demandas industriais, projetos estratégicos e pesquisas conduzidas em universidades, institutos públicos e centros tecnológicos. O desafio não era apenão simplesmente gerar conhecimento, mas expor competências distribuídas em todo o país e aproximar grupos que trabalhavam com diferentes formas, processos e aplicações do carbono.

DA COMUNIDADE CIENTÍFICA À CRIAÇÃO DA ABCARB Um marco dessa articulação ocorreu entre 4 e 6 de novembro de 1992, com o 1º Encontro Técnico-Científico de Carbono/Grafite, realizado no Forte de Copacabana, no Rio de Janeiro. O encontro reuniu cerca de 200 pesquisadores e mais de 32 trabalhos técnicos. Em 1999, o segundo evento, sediado no então Centro Técnico Aeroespacial — hoje Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial — recebeu mais de uma centena de contribuições, demonstrando que o país já possuía uma comunidade expressiva e demandava um

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fórum permanente. Em 2002, essa mobilização levou ao 1º Congresso Brasileiro de Carbono, na Universidade Metodista de Piracicaba — UNIMEP, com 135 trabalhos científicos e participação internacional. As edições seguintes, realizadas em Vitória, em 2004, e no Rio de Janeiro, em 2005, consolidaram a iniciativa. Ao final do terceiro congresso, pesquisadores e representantes do setor produtivo registraram formalmente o propósito de criar uma associação nacional dedicada à ciência e à tecnologia dos materiais de carbono. A Associação Brasileira de Carbono — ABCarb foi fundada em 22 de outubro de 2007. Desde então, atua para estimular a pesquisa científica e tecnológica, difundir conhecimento, organizar eventos, formar recursos humanos e promover o intercâmbio com sociedades científicas do Brasil e do exterior. Três pesquisadores se sucederam na presidência da entidade: Luiz Depine de Castro, do Centro Tecnológico do Exército; Luiz Claudio Pardini, então ligado ao setor aeroespacial; e, na fase atual, Guilherme Frederico Bernardo Lenz e Silva, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Essa continuidade contribuiu para preservar a memória institucional e, simultaneamente, ampliar o alcance da associação.

UMA REDE NACIONAL CONSTRUÍDA PELA COOPERAÇÃO Entre 2002 e 2023, dez edições do Congresso Brasileiro de Carbono foram realizadas em diferentes regiões do país. Piracicaba, Vitória, Rio de Janeiro, Gramado, Campos do Jordão, São João del-Rei, São Paulo e Ilhéus receberam encontros presenciais, virtuais ou híbridos. A edição de 2021, realizada on-line durante a pandemia,

COLUNA INSTITUCIONAL • CIÊNCIA DO CARBONO demonstrou a capacidade de adaptação da comunidade; em 2023, Ilhéus sediou a primeira edição no Nordeste, ampliando sua capilaridade nacional. Essa trajetória reuniu instituições como CTEx/ DCTA, INPE, ITA, CDTN/CNEN, USP, UFMG, UFES, UFSJ, UNIMEP, UNESP, UFSCar, IPEN, INMETRO e SENAI, além de outras universidades, institutos tecnológicos e empresas. O apoio de agências de fomento e do setor produtivo foi decisivo para aproximar ciência fundamental, desenvolvimento tecnológico e aplicações industriais. Os anais dos congressos registram a expansão temática da área: fibras e compósitos, carbonos porosos e adsorção, eletroquímica, catálise, proteção térmica, grafeno, dispositivos eletrônicos, aplicações biomédicas, aproveitamento de biomassas e sustentabilidade. A ABCarb, portanto, não representa uma tecnologia específica, mas uma comunidade multidisciplinar dedicada às diferentes estruturas, propriedades e funções dos materiais de carbono. Seu legado mais duradouro talvez esteja na formação de pessoas. Apresentações estudantis, premiações, minicursos, mesas-redondas e intercâmbios aproximam jovens pesquisadores de especialistas experientes e de desafios reais da indústria. Ao criar esses espaços, a associação transforma eventos científicos em ambientes de formação, pertencimento e cooperação.

DA EXPERIÊNCIA BRASILEIRA À INTEGRAÇÃO LATINO-AMERICANA A realização da World Conference on Carbon — CARBON 2013, no Rio de Janeiro, abriu uma nova etapa. Durante o evento, pesquisadores de diferentes países discutiram a necessidade de uma representação regional articulada. Dessa mobilização surgiu o primeiro Taller Latinoamericano de Materiales de Carbono — TLMC1, realizado em Punta del Este, Uruguai, de 17 a 21 de novembro de 2014. Foi durante o TLMC1 que a Federación Latinoamericana de Materiales de Carbono — FLC foi formalmente criada. Sua primeira comissão diretiva foi presidida por Néstor Tancredi, do Uruguai, com Ximena García, do Chile, na vice-presidência, e reuniu representantes da Argentina, Brasil, Chile, Colômbia, México e Uruguai. A governança foi concebida de forma rotativa: a

presidência cabe ao país que organizou o encontro anterior, enquanto a vice-presidência é exercida pelo país responsável pelo evento seguinte. O modelo distribui responsabilidades, favorece a continuidade e estimula a circulação de estudantes e pesquisadores. Depois do Uruguai, os encontros ocorreram no Chile, em 2016; na Colômbia, em 2018; no México, em 2021, em formato virtual; e na Argentina, em 2024. Em julho de 2025, a incorporação da Bolívia e da República Dominicana foi aprovada por unanimidade, ampliando para oito países a presença regional na Federação. No período 2024–2026, a FLC é presidida por Karim Sapag, da Argentina, com Guilherme F. B. Lenz e Silva, do Brasil, na vice-presidência. A FLC representa e articula associações nacionais latino-americanas, promove os encontros TLMC e mantém diálogo com sociedades congêneres, como a American Carbon Society e a European Carbon Association. Essa atuação amplia a presença regional nos fóruns internacionais e permite construir posições comuns sobre cooperação científica, formação de pesquisadores e organização de futuros eventos mundiais.

CIÊNCIA CONECTADA AOS DESAFIOS DO PRESENTE ABCarb e FLC entram agora em uma etapa na qual a articulação científica precisa responder também a desafios industriais e regulatórios. Minerais críticos, segurança de suprimento, economia circular, reciclagem de materiais carbonosos, transição energética, normalização, metrologia, nanotoxicologia e transferência de tecnologia exigem redes capazes de integrar competências, infraestrutura e visão estratégica. O Congresso Carbono 2026, programado para 16 a 19 de novembro na UFMG, simboliza essa evolução. O evento integrará o 6º Congresso Latino-Americano de Materiais de Carbono — TLMC6, o 4º Encontro Nacional do Fórum Grafeno e o encontro do INCT de Nanocarbono e Materiais 2D. A iniciativa mobiliza ABCarb, FLC, UFMG, CTNano, CDTN, INMETRO, INCT, SENAI e outros parceiros para aproximar ciência, regulação e aplicações industriais. Essa convergência é especialmente importante porque excelência acadêmica, por si só, não ga-

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COLUNA INSTITUCIONAL • CIÊNCIA DO CARBONO rante inovação. Transformar conhecimento em processos escaláveis, produtos competitivos e benefícios sociais requer cooperação internacional, interação contínua com a indústria, formação qualificada e políticas consistentes de ciência, tecnologia e inovação. Associações científicas são, em essência, estruturas de confiança. Preservam a memória de uma área, conectam pessoas, revelam competências e criam oportunidades que dificilmente surgiriam de forma isolada. Ao fortalecerem a comunidade brasileira e sua integração latino-americana, ABCarb e FLC ajudam a construir não apenas a história da ciência do carbono, mas uma parte estratégica do futuro tecnológico da região.

REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CARBONO — ABCarb. Histórico. Disponível em: abcarb.org.br/ historico. Acesso em: 25 jul. 2026. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CARBONO — ABCarb. Diretoria. Disponível em: abcarb.org.br/

diretoria. Acesso em: 25 jul. 2026. FEDERACIÓN LATINOAMERICANA DE MATERIALES DE CARBONO — FLC. Historia, definición, objetivos y autoridades. Disponível em: amexcarb.ipicyt.edu.mx/wp_FLC. Acesso em: 25 jul. 2026. FEDERACIÓN LATINOAMERICANA DE MATERIALES DE CARBONO — FLC. Acta nº 1: reunión on-line de 17 de julio de 2025. Disponível em: abcarb.org.br — Acta 1/2025 FLC. Acesso em: 25 jul. 2026. INSTITUTO DE FÍSICA APLICADA — INFAP, CONICET-UNSL. Laboratorio de Sólidos Porosos. Disponível em: infap-unsl.conicet.gov.ar/laboratorio-de-solidos-porosos. Acesso em: 25 jul. 2026. CTNANO/UFMG. Congresso Carbono 2026 reúne grandes nomes da ciência e da indústria em evento sobre carbono, grafeno e materiais 2D. Belo Horizonte, 10 jul. 2026. Disponível em: ctnano.ufmg.br — Congresso Carbono 2026. Acesso em: 25 jul. 2026.

Guilherme Frederico Bernardo Lenz e Silva — Brasil

Laboratório de Moagem de Alta Energia, Materiais de Carbono e Compósitos (LM²C²), Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Poli-USP Presidente da Associação Brasileira de Carbono (ABCarb); vice-presidente da Federación Latinoamericana de Materiales de Carbono (FLC)

Karim Sapag — Argentina

Director del Laboratorio de Sólidos Porosos (LabSoP), Instituto de Física Aplicada (INFAP, CONICET-UNSL), Universidad Nacional de San Luis Presidente de la Federación Latinoamericana de Materiales de Carbono (FLC)

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coluna

A Contribuição do CDTN e do Projeto Granioter atuação do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN) em Minerais Estratégicos e Materiais Avançados data da década de 70 com o desenvolvimento de tecnologias integradas ao ciclo do combustível nuclear, desde o processamento do mineral estratégico de urânio até a obtenção de materiais avançados para produção do elemento combustível. A experiência adquirida e a infraestrutura implementada, inclusive em escalas semi-industriais, permitiram a atuação contínua na cadeia produtiva de outros Minerais e Materiais até a atualidade. Na Ciência e Tecnologia do Carbono, o CDTN desenvolveu um processo industrial de beneficiamento da grafita para produção de grafite de alta pureza, hoje implementado na indústria nacional e, mais recentemente, participou do desenvolvimento de um processo piloto de produção de grafeno a partir desse grafite. Chegar à produção, processamento e estudo aplicado dos nanomateriais de carbono, por sua vez, foi fruto de um acúmulo de conhecimento que se iniciou no início dos anos 2000, inspirado e incentivado pelos grupos pioneiros da UFMG. Desde então, o Grupo do Laboratório de Química de Nanoestruturas de Carbono (LQN/ CDTN) focaliza estudos de purificação, dispersão e funcionalização dos nanomateriais de carbono, etapas cruciais para sua incorporação em diferentes matrizes e sua exploração em diversas aplicações. Por essa trajetória, o CDTN abriga hoje o Projeto Granioter, uma iniciativa de inovação do Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) direcionada à Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), voltada à cadeia do grafite/grafeno, nióbio, terras raras e lítio. Supervisionado pelo Departamento de Programas de Inovação do MCTI, busca: • Implantar infraestrutura laboratorial para síntese e caracterização de materiais avançados e minerais estratégicos; • Ampliar a infraestrutura física e técnica de laboratórios no ecossistema nacional de inovação. O projeto tem duas vertentes: • Unidade Multiusuário de Materiais Avançados – UMMA: laboratórios para caracterização de minerais e materiais e prestação de serviços a empresas, unidades de pesquisa e universidades; • Hub Tecnológico: conexão entre pesquisadores, startups, empresas e investidores. Os eixos de impacto esperados para o projeto são: • Adensamento das cadeias produtivas no Brasil; • Capacitação e formação de pessoal; • Desenvolvimento tecnológico; • Empreendedorismo; • Captação de recursos financeiros.

Previsto até 2030, o projeto conta com cerca de R$ 55 milhões em recursos públicos (Finep e Fapemig) e privados, podendo ser prorrogado com a incorporação de novos projetos. A UMMA já está em operação e incorpora novas técnicas e equipamentos. O Hub Tecnológico, em parceria com a Biominas, realiza desafios em que startups apresentam tecnologias ao mercado ou desenvolvem soluções para demandas de empresas. As startups recebem apoio para fortalecer seus negócios e superar o “vale da morte”. O Hub também produz estudos de mercado no Brasil sobre suas cadeias produtivas prioritárias. Entre as empresas e instituições participantes do Hub Tecnológico estão Companhia Nacional de Grafite, Mineração Taboca, Brazilian Rare Earths, Instituto Nacional de Terras Raras, MiningHub, Associação Brasileira de Energia Eólica e 3D Lopes. O projeto Granioter vem patrocinando eventos técnicos e científicos relacionados às suas áreas de atuação e olimpíadas de ciência e tecnologia para estudantes do ensino fundamental e médio. Em especial, nesta oportunidade, o Granioter é um dos patrocinadores do Congresso Carbono 2026, um evento de relevância internacional que reúne três importantes iniciativas complementares. Essa união fortalece a interação ciência, tecnologia e inovação da cadeia produtiva do grafite, onde o Brasil possui uma das maiores reservas minerais, e de materiais de alta tecnologia, como grafeno e nanomateriais de carbono. Finalmente, como membro do INCT NanoCarbono e Materiais 2D, da Associação Brasileira de Carbono e do Fórum Grafeno, o CDTN celebra a oportunidade de também participar da organização desse importante evento!

Fernando Soares Lameiras Pesquisador Emérito Subcoordenador do Granioter (CDTN/CNEN)

Clascídia Aparecida Furtado Divisão de Pesquisa e Desenvolvimento (CDTN/CNEN) Revista Grafeno | setembro 2026 | 11

coluna 6º Congresso Latino Americano de Materiais de Carbono

CONGRESSO CARBONO 2026

4º Encontro Nacional do Fórum Grafeno

1º Encontro do INCT de NanoCarbono e Materiais 2D

UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais - Pampulha, Belo Horizonte | 16 - 19 de Novembro, 2026

CTNano/UFMG no Congresso Carbono 2026: conexões entre ciência, inovação e indústria

ntre os dias 16 e 19 de novembro, a Universidade Federal de Minas Gerais receberá o Congresso Carbono 2026: Encontro Integrado com Carbono, Grafeno e Materiais 2D. Como coorganizador do evento, o Centro de Tecnologia em Nanomateriais e Grafeno da UFMG — CTNano/UFMG — contribui com uma trajetória marcada pela integração entre conhecimento científico, desenvolvimento tecnológico e inovação industrial. Essa atuação está diretamente relacionada à missão da Unidade EMBRAPII CTNano/UFMG: promover a interação entre parceiros da academia e da indústria para construir soluções inovadoras para a indústria brasileira. O Centro trabalha para transformar competências científicas e infraestrutura tecnológica em novos materiais, processos e produtos capazes de responder a desafios concretos dos diferentes setores produtivos. O Congresso Carbono 2026 representa, portanto, uma extensão natural dessa missão. Ao reunir pesquisadores, estudantes, empresas, instituições de ciência e tecnologia e especialistas nacionais e internacionais, o encontro cria um ambiente privilegiado para discutir como materiais de carbono, grafeno e materiais bidimensionais podem avançar da pesquisa fundamental para aplicações industriais seguras, sustentáveis e competitivas.

UMA TRAJETÓRIA CONSTRUÍDA PELA INTEGRAÇÃO DE COMPETÊNCIAS A história do CTNano/UFMG tem origem nas competências científicas desenvolvidas na Universidade desde o final da década de 1990 nas áreas de nanotubos de carbono, grafeno e materiais nanoestruturados. Ao longo dos anos, pesquisadores da Física, Química, Biologia e das Engenharias passaram a atuar de forma integrada, consolidando uma base multidisciplinar para a produção, caracterização, processamento e aplicação desses materiais. Em 2014, essas competências deram origem ao CTNano como estrutura integrada de pesquisa aplicada. O objetivo era estabelecer uma ponte permanente entre o conhecimento produzido na Universidade e as demandas

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tecnológicas da indústria. Desde sua concepção, o Centro foi orientado para o desenvolvimento de soluções em níveis mais avançados de maturidade tecnológica, incluindo aumento de escala, produção piloto, testes, validação e transferência de tecnologia. A sede própria do CTNano, inaugurada em abril de 2019 no Parque Tecnológico de Belo Horizonte — BH-TEC —, ampliou significativamente essa capacidade. Com mais de 3 mil metros quadrados, laboratórios especializados e infraestrutura para processamento e produção em escala piloto, o Centro reúne condições para acompanhar todo o percurso de uma tecnologia: da formulação científica inicial à avaliação de seu desempenho em condições próximas às encontradas na indústria. Em junho de 2023, o CTNano foi credenciado como Unidade EMBRAPII na área de Materiais Avançados e Nanotecnologia. Esse reconhecimento fortaleceu sua capacidade de desenvolver projetos de pesquisa, desenvolvimento e inovação em parceria com empresas, com agilidade, compartilhamento de riscos e cofinanciamento. A Unidade atua especialmente na cadeia do grafeno, no desenvolvimento de nanocompósitos e em nanossensores. Sua atuação também contempla materiais para armazenamento de energia, proteção contra corrosão, automação industrial e aplicações em ambientes extremos. São soluções com potencial para setores como mineração, siderurgia, óleo e gás, energia, indústria automotiva, construção civil, polímeros e materiais avançados. O PAPEL DA UNIDADE EMBRAPII CTNANO O modelo EMBRAPII permite aproximar empresas e instituições científicas em projetos orientados por desafios industriais. Nesse contexto, o CTNano oferece não apenas conhecimento especializado, mas também infraestrutura, equipes multidisciplinares e experiência na transformação de resultados científicos em tecnologias aplicáveis. A interação pode envolver empresas de diferentes portes, desde grandes grupos industriais até startups e spin-offs de base tecnológica. Cada projeto é construído a partir de

coluna uma necessidade específica, com definição de metas, etapas de desenvolvimento, indicadores e entregas. Essa dinâmica favorece a redução dos riscos tecnológicos e contribui para acelerar a chegada de inovações ao mercado. Ao mesmo tempo, a convivência com os desafios da indústria traz novas questões para a pesquisa acadêmica e para a formação de estudantes e profissionais. A aproximação entre os dois ambientes não representa uma via de mão única: a Universidade oferece conhecimento e capacidade de investigação, enquanto a indústria apresenta problemas reais, requisitos de desempenho, condições de operação e demandas de escala. É desse diálogo que surgem soluções tecnicamente consistentes e relevantes para o país. CARBONO 2026: INTEGRAÇÃO PARA IMPULSIONAR A INOVAÇÃO O Congresso Carbono 2026 foi concebido com esse mesmo espírito de integração. O evento reunirá três importantes iniciativas: o 6º Congresso Latino-Americano de Materiais de Carbono, o 4º Encontro Nacional do Fórum Grafeno e o Encontro do INCT de Nanocarbono e Materiais 2D. A realização conjunta permitirá ampliar o diálogo entre diferentes comunidades científicas e tecnológicas. A programação contará com sessões plenárias integradas, agendas temáticas, apresentações de trabalhos e uma sessão unificada de pôsteres, favorecendo o intercâmbio entre estudantes, pesquisadores, profissionais e representantes do setor produtivo. Entre os palestrantes convidados estão Andrew Pollard, Gabriela Barin, Terrance Barkan, Karim Sapag, Marcos Pimenta e Silvia Giordani. Os temas contemplam comercialização e padronização do grafeno, materiais atomicamente precisos, futuro dos materiais de carbono avançados, carbonos nanoporosos, impacto científico dos institutos nacionais de ciência e tecnologia e aplicações biomédicas. Outro destaque será o minicurso “Nanocarbonos em Foco: Saúde, Segurança e Gestão de Riscos da Pesquisa à Produção Industrial”. A atividade abordará aspectos de nanotoxicologia, ecotoxicologia, regulamentação e gestão de riscos, temas essenciais para que materiais desenvolvidos em laboratório possam alcançar processos produtivos e aplicações comerciais de maneira responsável. UM ESPAÇO PARA CONSTRUIR NOVAS PARCERIAS Para o CTNano/UFMG, coorganizar o Carbono 2026 significa contribuir para a criação de um ambiente no qual ciência, tecnologia e indústria possam identificar interesses comuns e construir novas formas de cooperação. Os desafios tecnológicos relacionados aos materiais avançados são complexos e raramente podem ser solucionados por

uma única área do conhecimento ou instituição. Eles exigem equipes multidisciplinares, infraestrutura especializada, mecanismos adequados de financiamento e participação ativa das empresas desde as primeiras etapas do desenvolvimento. Ao reunir pesquisadores, empresas e especialistas de diferentes países, o Carbono 2026 poderá estimular novos projetos, fortalecer redes de pesquisa, ampliar a formação de profissionais e acelerar a transformação do conhecimento em inovação. Essa é a contribuição que o CTNano/UFMG procura oferecer ao evento e ao país: aproximar pessoas e instituições, combinar competências e ajudar a converter o potencial dos nanomateriais em soluções concretas para uma indústria brasileira mais inovadora, sustentável e competitiva. Evento: Congresso Carbono 2026: Encontro Integrado com Carbono, Grafeno e Materiais 2D Data: 16 a 19 de novembro de 2026 Local: Universidade Federal de Minas Gerais — Belo Horizonte, MG Submissão de trabalhos: até 07 de Setembro de 2026 (Já Encerradas) Inscrições e informações: plataforma Even3 do Congresso Carbono 2026

Glaura Goulart Silva

Coordenadora da Unidade do Embrapii CTNano/UFMG

Rodrigo Gribel Lacerda Coordenador do Centro de Tecnologia em Nanomateriais e Grafeno da Universidade Federal de Minas Gerais (CTNano/UFMG)

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Hub do Grafeno aproxima pesquisa e indústria para aplicações no setor automotivo

Projeto reúne montadoras, fornecedores e centros de pesquisa em torno de soluções inovadoras para reduzir emissões e ampliar o uso de materiais reciclados

grafeno há anos desperta interesse pelas possibilidades de aplicação em diferentes setores, porém entre um material promissor no laboratório e seu uso em escala industrial existe um caminho que envolve pesquisa, testes, processos produtivos, custos e, sobretudo, a capacidade de responder a problemas concretos das empresas. Com o desafio de aproximar pesquisa aplicada e indústria, surge o Hub do Grafeno. Criado pelo SENAI-SP, em parceria com a Fiesp, reúne 18 empresas - entre montadoras e fornecedores e uma rede de instituições de ciência e tecnologia. A expectativa é acelerar o desenvolvimento de materiais avançados com grafeno na indústria automotiva para reduzir o peso dos veículos e ampliar o uso de materiais reciclados, duas frentes relacionadas à agenda de descarbonização do setor. O SENAI-SP Distrito Tecnológico, em São Bernardo do Campo, no ABC Paulista, está coordenando o Hub do Grafeno. É nele que parte importante desse trabalho será realizada, com infraestrutura e equipes de diferentes especialidades reunidas para desenvolver e testar as soluções antes que elas avancem para possíveis aplicações industriais. Participam dessa estrutura os Institutos SENAI de Inovação em Materiais Avançados (Coordenador Geral do Projeto), Manufatura Avançada; além dos Institutos SENAI de Tecnologia em Meio Ambiente e de Tecnologias Digitais Avançadas. Além do Distrito Tecnológico, o projeto contará com uma rede de instituições brasileiras para complementar as competências disponíveis no SENAI-SP. Entre elas, o Centro de Tecnologia em Nanomateriais e Grafeno da Universidade Federal de Minas Gerais (CTNano/UFMG) (Coordenador EMBRAPII do Projeto), o Instituto SENAI de Inovação em Eletroquímica (SENAI-PR), o MackGraphe, da Universidade Presbiteriana Mackenzie, a Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e o Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro). Reunir conhecimentos que hoje estão distribuídos entre diferentes centros de pesquisa é uma forma de enfrentar um dos principais desafios do Hub, que é fazer com que os avanços relacionados ao grafeno cheguem à indústria. A lista de participantes ajuda a dimensionar o tamanho da iniciativa. Estão no Hub: Toyota, Volkswagen, General Motors (GM), Hyundai, CAIO, Mahle, Plascar e Ford, além de

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Sulbras Moldes e Plásticos, PlanetColor, Thermoblend, Wise Plastic, Dinaco, Nanum Nanotecnologia, Montana Química, Spiltag, Hexo Graphene e Degrad, ou seja, são empresas que ocupam diferentes posições na cadeia automotiva, das montadoras aos produtores e fornecedores de materiais de grafeno. Isso permite que questões relacionadas à aplicação industrial apareçam durante o desenvolvimento, e não apenas quando a pesquisa estiver concluída. O trabalho será dividido em três etapas. Na primeira delas que ocorrerá entre 2026 e 2027, os pesquisadores vão estudar diferentes maneiras de obter e produzir grafeno, além de avaliar materiais já disponíveis no mercado e sua combinação com diferentes tipos de polímeros. Na segunda etapa, o projeto irá aprimorar a incorporação do material ao polímero, buscando melhorar seu desempenho e a relação custo-benefício. Na fase final, esse conhecimento será aplicado no desenvolvimento de novas formulações e peças para o setor automotivo. Uma das frentes será o uso de polímeros reciclados como matriz em nanocompósitos poliméricos de grafeno, com o objetivo de melhorar suas propriedades mecânicas (resistência à tração, flexão, módulo de elasticidade, porcentagem de deformação e resistência ao impacto) e ampliar as possibilidades de aplicação em componentes de maior valor agregado. Em suma, o Hub do Grafeno ampliará a capacidade de inovação da indústria brasileira ao desenvolver, no país, novas soluções com grafeno e aproximá-las dos processos produtivos. A iniciativa contribuirá também para tornar o setor automotivo mais leve, eficiente e sustentável, fortalecendo a competitividade da indústria nacional.

EDER FERREIRA PESQUISADOR II ISI MATERIAIS AVANÇADOS

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Grafeno em Compósitos Avançados: da Folha de uma Camada ao Material que Reinventa Metais, Cerâmicas e Polímeros

á dois anos, nesta mesma revista, nossa equipe do SENAI CIMATEC dividia com os leitores as impressões do 2º Encontro Nacional do Fórum Grafeno, sediado em Salvador. Destacávamos, já naquele momento, que a instituição vinha concentrando esforços na aplicação do grafeno em compósitos poliméricos, metálicos e cerâmicos — e que o principal obstáculo do setor já não era mais produzir grafeno, e sim saber o que fazer com ele dentro de um material de verdade. Um ano depois, no III Encontro Nacional, o Painel 4 contou a história de uma dessas frentes: a indústria de plásticos virgens e reciclados, do sonho de laboratório à fábrica em operação. Agora, no 4º Encontro Nacional do Fórum Grafeno — a ser realizado em novembro de 2026 em Belo Horizonte, dentro do Congresso Carbono, ao lado do 6º Congresso Latino-Americano de Materiais de Carbono (ABCarb) —, é hora de abrir esse mapa por completo: metais, cerâmicas, polímeros e uma das formas mais promissoras, os aerogéis, sobem juntos ao mesmo palco. Vale relembrar o que torna esse material tão particular. O grafeno é uma única camada de átomos de carbono organizados em rede hexagonal — na prática, uma folha de grafite com a espessura de um átomo. Ele está, literalmente, dentro de qualquer lápis desde o século XVI, mas só em 2004 André Geim e Konstantin Novoselov conseguiram isolá-lo, usando uma fita adesiva comum para descascar, camada a camada, um cristal de grafite. A descoberta rendeu o Nobel de Física de 2010 e abriu um campo de pesquisa que, duas décadas depois, já soma plantas industriais — o Brasil, aliás, hoje abriga uma das maiores unidades de produção de grafeno em escala industrial da América Latina, e é o terceiro maior produtor mundial de grafita, matéria-prima do processo. Ter o material disponível, porém, é só o primeiro passo. Transformar grafeno em compósito avançado — incorporá-lo a uma matriz metálica, cerâmica ou polimérica de modo que suas propriedades possam ser aproveitadas ao máximo nessas novas estruturas — é um problema de engenharia à parte, e é sobre ele que este painel se debruça. O desafio começa na dispersão: como distribuir de forma homogênea um material que tende a se reaglomerar em poucas camadas, perdendo a altíssima razão de área superficial que garante seu desempenho. Continua na interface: garantir uma ligação eficiente entre o reforço nanométrico e a matriz, sem criar pontos de fragilidade. E termina na escala: os mes-

mos processos de fusão, sinterização ou extrusão que moldam metais, cerâmicas e polímeros há décadas nem sempre são compatíveis com um material que, em sua forma pura, não funde nem sinteriza nas temperaturas convencionais. Cada família de material resolve esse problema à sua maneira. Em ligas metálicas, o grafeno já mostra ganhos de resistência mecânica e condutividade em compósitos experimentais de titânio e alumínio, com siderúrgicas brasileiras investindo em rotas próprias de incorporação em aço. Em cerâmicas técnicas — aluminas e zircônias, por exemplo —, pequenas frações de grafeno nos contornos de grão vêm mostrando ganhos expressivos de tenacidade à fratura, endereçando exatamente a fragilidade que sempre limitou esse material. Em polímeros, a rota já é a mais madura comercialmente: compostos com 0,5% a 5% de grafeno em massa entregam de 10% a 40% de aumento em resistência à tração e condutividade térmica de duas a dez vezes maior, com aplicações que já saíram do laboratório — de espumas automotivas a tintas e revestimentos, hoje a maior fatia comercial do mercado de compósitos com grafeno. E na fronteira mais extrema, os aerogéis de grafeno — estruturas porosas, ultraleves, com mais de 99% de espaço vazio — despontam para isolamento térmico, blindagem eletromagnética e aplicações aeroespaciais, ainda em estágio pré-comercial, mas avançando rápido em bancadas de pesquisa brasileiras. É esse mosaico — cerâmicas, polímeros, metais, produtos comerciais, maturidade tecnológica — que o Painel 4 do Fórum Grafeno 2026 coloca lado a lado. Convidamos representantes de empresa, ICT, fomento e consumidor final para uma conversa sem filtro sobre o que já funciona, o que ainda trava a escala industrial e o que falta para o grafeno deixar de ser promessa e se tornar, definitivamente, especificação de projeto. Nos vemos em Belo Horizonte.

Rodrigo Santiago Coelho Professor Associado e Pesquisador-Chefe, SENAI CIMATEC

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O Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) em Nanocarbono e Materiais 2D

pesquisa e desenvolvimento em nanomateriais de carbono no Brasil possuem uma trajetória marcada pela formação de redes colaborativas entre universidades, centros de pesquisa e empresas. Entre as iniciativas de maior relevância, destaca-se ininialmente a Rede Nacional de Pesquisa em Nanotubos de Carbono, financiada pelo CNPq e coordenada pela UFMG. A rede, que esteve em atividade entre 2005 e 2010, reuniu 40 pesquisadores de 13 instituições distribuídas por oito estados brasileiros. A rede fomentou a produção e caracterização de nanotubos no Brasil. Ela transformou vários grupos independentes em uma comunidade científica nacional de nanotubos de carbono e permitiu a formação de recursos humanos na área. A experiência acumulada pela Rede Nacional de Pesquisa em Nanotubos de Carbono contribuiu para a criação do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Nanomateriais de Carbono (INCT-Nanocarbono), que esteve em atividade de 2009 a 2024, com financiamento do CNPq e da Fapemig. O Instituto contou com mais de 100 pesquisadores de 13 Estados do país. O Instituto ampliou o escopo das pesquisas, sobretudo incorporando o grafeno. Foram desenvolvidos diversos sistemas para a síntese de nanocarbonos e foi fortalecida a infraestrutura para a caracterização dos nanomateriais. O INCT-Nanocarbono apoiou pesquisas na área de nanotoxicologia e estudos sobre o uso seguro dos nanomateriais. Este investimento e o número significativo de bolsas de estudo permitiram o crescimento expressivo de pesquisadores, estudantes, artigos e patentes na área. A equipe publicou mais de 1200 artigos na área e 39 patentes foram concedidas. A organização em uma rede nacional possibilitou o estabelecimento de colaborações e o uso compartilhado de equipamentos e infraestrutura. Di-

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ferentes aplicações tecnológicas deram origem a colaborações com empresas, sobretudo no desenvolvimento de nanocompósitos. A estrutura de colaboração criada ao longo dos anos contribuiu para a aproximação entre a academia e o setor produtivo, e estabeleceu a base que posteriormente daria origem a iniciativas tecnológicas como o CTNano da UFMG. Em 2025 o CNPq e a Fapemig aprovaram um novo projeto, o INCT Nanocarbono e Materiais 2D, que preserva a experiência cooperativa no estudo de nanocarbonos e incorpora outros materiais bidimensionais (2D). A nova iniciativa tem como objetivos a produção, caracterização, modelagem e aplicação desses materiais, articulando pesquisa fundamental, pesquisa aplicada e inovação tecnológica. Um ênfase do projeto é dada à difusão de conhecimento e à divulgação científica. Desde os primeiros trabalhos em uma única camada de grafeno, há pouco mais de duas décadas, constatou-se que vários outros materiais são formados por camadas atômicas fortemente ligadas dentro do plano e fracamente ligadas entre si, podendo assim ser produzidos com espessura atômica. Observou-se que esses materiais bidimensionais (2D) apresentam propriedades eletrônicas, ópticas, térmicas e mecânicas diferentes das observadas em 3D. Hoje já foram produzidos mais de 300 tipos diferentes de materiais 2D e muitos milhares são previstos para serem sintetizados. Eles podem apresentar diferentes tipos de propriedades como, por exemplo, o magnetismo, a supercondutividade e a ferroeletricidade. O grafeno é extraordinário por sua elevada mobilidade eletrônica, resistência mecânica e alta condução térmica e elétrica. Entretanto, ele apresenta uma limitação importante para a eletrônica convencional: não possui um gap de energia. É justamente nesse ponto que outros materiais

coluna bidimensionais podem ser importantes. A família dos dicalcogenetos de metais de transição, ou TMDs, que inclui materiais como MoS2, WS2 e WSe , apresenta band gaps semicondutores. Esta característica os torna particularmente atraentes para LEDs, sensores, fotodetectores, transistores e outras aplicações optoeletrônicas. O nitreto de boro hexagonal (h-BN) apresenta uma estrutura atômica semelhante à do grafeno, mas com propriedades eletrônicas radicalmente diferentes. Enquanto o grafeno conduz eletricidade, o h-BN é um isolante de gap na região ultravioleta. Por isso, ele é extremamente útil como substrato e camada isolante em dispositivos baseados em outros materiais 2D. Duas camadas de grafeno podem ser empilhadas com um pequeno ângulo de rotação entre elas, formando o chamado grafeno torcido (twisted bilayer graphene). A rotação cria uma rede de moiré cuja periodicidade depende do ângulo de torção e modifica profundamente a estrutura eletrônica da bicamada. Em particular, para ângulos próximos ao ângulo mágico de ~1,1°, observou-se o fenômeno supercondutividade, em temperaturas muito baixas. Outros fenômenos são observados quando se varia o ângulo de rotação. Na área dos materiais bidimensionais a grande vantagem está na diversidade. O grafeno oferece suas propriedades mecânicas, térmicas e eletrônicas; os TMDs são semicondutores e fornecem as propriedades ópticas; o h-BN oferece isolamento elétrico e propriedades ópticas especiais; alguns materiais introduzem forte anisotropia e outros são magnéticos. A combinação desses materiais permite, finalmente, projetar propriedades sob medida para aplicações específicas. Assim, a próxima geração da tecnologia 2D será construída com a combinação controlada de diferentes tipos de materiais 2D, com diferentes estruturas atômicas, número de camadas, ângulo de rotação e outras propriedades, explorando aquilo que cada uma delas tem de melhor. Neste sentido, o INCT Nanocarbono e Materiais 2D por um lado continuará suas atividades de PD&I em nanocarbonos (grafenos e nanotubos e outras estruturas grafíticas) e, por outro lado, trabalhará na geração de conhecimento científico sobre outros materiais 2D, que certamente enontrarão aplicaçoes num futuro breve.

Marcos A. Pimenta

Departamento de Física, UFMG, Belo Horizonte

Marcos A. Pimenta possui graduação (1980) e mestrado (1983) em Física pela UFMG, doutorado (1987) pela Université d’Orléans, França, e pós-doutorado (1997–1998) pelo MIT, EUA. É professor emérito da Universidade Federal de Minas Gerais e pesquisador 1A do CNPq. Atua nas áreas de propriedades ópticas de materiais, com ênfase em nanomateriais, grafeno, nanotubos de carbono, espectroscopia Raman, materiais bidimensionais e transições de fase estruturais. Em 1992 implantou o Laboratório de Espectroscopia Raman da UFMG e posteriormente introduziu as linhas de pesquisa sobre nanotubos de carbono e grafeno. Foi um dos criadores e coordenador-geral do Centro de Tecnologia em Nanomateriais e Grafeno (CTNano/UFMG) entre 2010 e 2020. Atualmente coordena o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) de Nanocarbono e Materiais 2D. É membro titular da Academia Brasileira de Ciências e da The World Academy of Sciences (TWAS). Recebeu diversas distinções, entre elas os prêmios de Física da TWAS de 2013, Scopus-CAPES (2008), Somiya Award da IUMRS (2009), Marcos Mares-Guia da FAPEMIG (2014), Oswaldo Sala (2022) e CBMM de Ciência e Tecnologia (2024). Foi agraciado com os títulos de Comendador (2010) e Grã-Cruz (2018) da Ordem Nacional do Mérito Científico e orientou teses vencedoras do Prêmio CAPES em Física e Engenharias. Entre 2017 e 2019 foi presidente da Sociedade Brasileira de Física.

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Ecossistema de Mobilidade Sustentável: Novas conexões para o grafeno

as últimas décadas, grande parte das discussões sobre a transformação da mobilidade esteve concentrada na evolução dos modos de transporte, principalmente dos veículos, e das tecnologias associadas a eles. Motores mais eficientes, eletrificação, conectividade, direção assistida, novos materiais, baterias de maior desempenho e, mais recentemente, inteligência artificial passaram a representar algumas das principais apostas para tornar a mobilidade mais eficiente e sustentável. Entretanto, à medida que essas tecnologias evoluem, torna-se cada vez mais evidente que nenhuma delas, isoladamente, será capaz de transformar a mobilidade. Um veículo elétrico, por exemplo, não depende apenas de uma boa bateria. Sua adoção envolve disponibilidade de energia, infraestrutura de recarga, matérias-primas, fornecedores, sistemas digitais, regulamentação, modelos de negócio e, naturalmente, consumidores dispostos a utilizá-lo. Da mesma maneira, soluções de mobilidade compartilhada dependem de plataformas tecnológicas, dados, operadores, infraestrutura urbana, políticas públicas e integração com outros meios de transporte. A mobilidade sustentável começa, portanto, a ser compreendida não apenas como uma soma de tecnologias, veículos ou modais, mas como um ecossistema no qual diferentes atores, recursos, serviços e infraestruturas interagem continuamente. Nesse novo contexto surge uma questão para materiais avançados como o grafeno: qual pode ser seu papel dentro de um Ecossistema de Mobilidade Sustentável?

DA MOBILIDADE COMO TRANSPORTE À MOBILIDADE COMO ECOSSISTEMA Em nossos artigos anteriores discutimos a Mobilidade Sustentável a partir de dimensões como acesso universal, eficiência, segurança e mobilidade verde. Essas dimensões continuam fundamentais, mas sua realização depende cada vez mais da

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capacidade de integração entre diferentes agentes. Quando observada sob a perspectiva de um ecossistema, a mobilidade sustentável deixa de ser responsabilidade exclusiva da indústria automotiva ou dos operadores de transporte. Passa a envolver governos, usuários, montadoras, sistemistas, fornecedores de componentes e matérias-primas, empresas de energia, operadores de infraestrutura, plataformas digitais, startups, universidades, centros de pesquisa, investidores e organizações da sociedade civil. Cada um desses atores dispõe de recursos e competências diferentes. O desafio está justamente em combiná-los. Uma cidade pode possuir veículos elétricos, por exemplo, mas sua contribuição ambiental será limitada se não houver infraestrutura adequada de recarga. Uma rede de transporte público eficiente pode perder atratividade se não estiver integrada a soluções de primeira e última milha. Dados abundantes sobre deslocamentos urbanos pouco contribuem se diferentes sistemas não conseguirem compartilhá-los e transformá-los em melhores decisões. Da mesma forma, um material com propriedades excepcionais dificilmente se converterá em inovação se não puder ser incorporado a produtos, processos industriais e modelos de negócio economicamente viáveis. A performance de um ecossistema depende não apenas da excelência individual de seus componentes, mas principalmente da qualidade das conexões existentes entre eles. Essa mudança de perspectiva também altera a maneira como avaliamos a inovação. A pergunta deixa de ser somente “qual é a melhor tecnologia?” e passa a incluir outra questão: “como essa tecnologia se conecta às demais soluções e gera valor para o sistema?”

TECNOLOGIAS HABILITADORAS DE UMA NOVA MOBILIDADE O Ecossistema de Mobilidade Sustentável vem sendo construído a partir da convergência de diferentes transformações. A eletrificação modifica

coluna veículos, infraestrutura e a própria relação entre os setores automotivo e energético. A digitalização permite novos serviços, integração de dados e gestão mais eficiente dos deslocamentos. A conectividade amplia a interação entre veículos, usuários e infraestrutura. A inteligência artificial adiciona novas possibilidades de previsão, otimização e tomada de decisão. Novos modelos de negócio mudam a relação do consumidor com a propriedade e o uso dos meios de transporte. Ao mesmo tempo, materiais avançados podem contribuir para veículos mais leves, sistemas de armazenamento de energia mais eficientes, componentes com novas funcionalidades e soluções capazes de utilizar recursos de maneira mais racional. Nos últimos anos, diversas aplicações potenciais do grafeno vêm sendo estudadas para setores relacionados à mobilidade. Suas características de elevada resistência mecânica, baixa espessura, condutividade elétrica e térmica e possibilidade de combinação com outros materiais permitem imaginar sua utilização em diferentes pontos do sistema. Um primeiro campo está associado à eletrificação e ao armazenamento de energia. O desenvolvimento de baterias e supercapacitores é uma das áreas nas quais materiais baseados em grafeno vêm sendo pesquisados, especialmente na busca por melhorias relacionadas a melhorias de desempenho, eficiência, capacidade de armazenamento, e durabilidade. A importância dessa aplicação ultrapassa o próprio veículo. Em um ecossistema crescentemente eletrificado, o armazenamento de energia também se conecta à infraestrutura de recarga, às fontes renováveis e à gestão da demanda energética. Outra frente está nos materiais e componentes veiculares. A incorporação de grafeno a compósitos, polímeros e outros materiais pode permitir o desenvolvimento de soluções que combinem resistência, redução de massa, durabilidade ou novas propriedades funcionais. Na mobilidade, menor peso pode contribuir para eficiência energética e maior autonomia, enquanto maior durabilidade pode ampliar a vida útil de determinados componentes. O grafeno também apresenta possibilidades relacionadas à digitalização e conectividade, particularmente em sensores e dispositivos capazes de monitorar condições de uso, desempenho, temperatura, pressão ou outras variáveis. À medida que veículos e infraestruturas passam a gerar

e trocar volumes crescentes de dados, materiais capazes de incorporar funcionalidades eletrônicas e de sensoriamento podem adquirir importância adicional. Finalmente, existe uma conexão com a circularidade veicular. A mobilidade do futuro não poderá ser avaliada apenas pelo desempenho do produto durante sua utilização. Será necessário considerar sua origem, durabilidade, reparabilidade, possibilidades de reaproveitamento e destinação ao final da vida útil. Nesse sentido, a contribuição de novos materiais para a sustentabilidade precisa ser avaliada considerando não apenas seu desempenho técnico, mas todo o seu ciclo de vida. E à medida que o conhecimento sobre o material avança, outra pergunta torna-se igualmente importante: o que é necessário para transformar esse potencial em aplicações industriais competitivas e mercados sustentáveis? Existe uma trajetória complexa entre uma descoberta científica e sua adoção em grande escala. Ela passa pela pesquisa básica, desenvolvimento tecnológico, prototipagem, testes, disponibilidade e consistência do material, escala produtiva, integração aos processos industriais existentes, padronização, certificação, avaliação econômica, desenvolvimento de fornecedores e, finalmente, aceitação pelo mercado. E nenhuma organização controla sozinha todas essas etapas. Universidades e centros de pesquisa podem desenvolver conhecimento e novas aplicações. Produtores precisam conseguir fornecer materiais com características adequadas e consistentes. Empresas de materiais transformam essas propriedades em compósitos, revestimentos ou outros produtos intermediários. Sistemistas e fabricantes precisam integrá-los aos componentes e comprovar desempenho e segurança. Investidores precisam financiar desenvolvimento e escala. Governos e entidades de normalização podem contribuir para criar padrões, segurança regulatória e ambientes favoráveis à inovação. Em outras palavras, transformar um novo material avançado em mercado é também um desafio de ecossistema. No contexto brasileiro, o país reúne uma indústria automotiva estabelecida, empresas de materiais e energia, universidades, centros de pesquisa e uma matriz elétrica com forte participação de fontes renováveis. Ao mesmo tempo, iniciativas relacionadas à descarbonização, eletrificação, economia circular e políticas como o MOVER ampliam os

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coluna estímulos e requisitos para que o setor desenvolva soluções capazes de combinar competitividade, inovação e redução de impactos ambientais. O desafio é transformar competências que muitas vezes existem de forma dispersa em conexões capazes de gerar novos produtos, serviços e mercados. Isso significa que o desenvolvimento da cadeia não deveria ser observado apenas pela capacidade de produzir o material. Também importa identificar em quais problemas industriais ele pode gerar vantagens relevantes, quais empresas precisam participar do desenvolvimento da solução, quais barreiras precisam ser superadas e como criar projetos demonstradores capazes de reduzir os riscos de adoção. Essa lógica é especialmente importante quando se trata de tecnologias emergentes. Em vez de esperar que fornecedores desenvolvam materiais e posteriormente procurem compradores, a inovação pode ser construída de maneira colaborativa, começando pelas necessidades concretas do mercado e conectando desde o início pesquisadores, produtores, transformadores e usuários finais. O desenvolvimento de aplicações torna-se, assim, um processo de cocriação de valor.

A PRÓXIMA FRONTEIRA A transformação da mobilidade sustentável dificilmente será protagonizada por uma única tecnologia. Será resultado da combinação entre eletrificação, energia renovável, digitalização, conectividade, novos serviços, infraestrutura inteligente, economia circular e materiais avançados. Da mesma forma o futuro do grafeno na mobilidade provavelmente não dependerá apenas de continuarmos descobrindo novas propriedades ou demonstrando desempenho em laboratório. Dependerá também da nossa capacidade de conectar essas propriedades a necessidades reais, integrar diferentes competências e transformar conhecimento em soluções tecnicamente robustas, ambientalmente responsáveis e economicamente competitivas. Nesse sentido, talvez seja necessário ampliar a própria maneira como pensamos inovação. A inovação não acontece apenas no material. Ela acontece também nas relações que permitem que esse material seja transformado em aplicação, valor e mercado. Para a Mobilidade Sustentável, essa visão significa sair da busca por soluções isoladas

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e compreender que veículos, materiais, energia, infraestrutura, serviços, dados, usuários e instituições fazem parte de um mesmo sistema. A próxima fronteira, portanto, pode não estar apenas em desenvolver uma nova bateria, um novo componente ou um novo material. Pode estar na capacidade de construir o ecossistema capaz de fazê-los funcionar juntos.

Maria do Carmo Rodriguez

É doutoranda na UPM, pesquisadora em mobilidade sustentável e cidades inteligentes. Executiva de marketing com atuação regional na América Latina, desenvolveu sua carreira em empresas como Colgate, AmBev, ArcelorMittal e Brametal, onde liderou projetos de estratégia, inteligência de mercado e comunicação corporativa nos setores automotivo, de energia renovável, siderurgia e bens de consumo. É mestre em Marketing (Mackenzie), com MBA pela FGV e especializações em ESG (FIA) e Mobilidade Elétrica (Unicamp).

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Con�iança se mede

O grafeno não trava na produção. Trava na prova.

magine um comprador industrial com duas amostras de “grafeno” sobre a mesa. Os preços diferem em uma ordem de grandeza. As duas folhas de dados não têm os mesmos campos nem citam a mesma norma. Ele precisa decidir. Na prática, decide pelo preço, já que é a única variável que as duas folhas permitem comparar. Passei os últimos anos do lado industrial do grafeno, na ponta em que o material vira linha de produto, com cliente, prazo e a obrigação de entregar lotes industriais, toneladas de masterbatch, produtíveis e confiáveis lote a lote. A lição que trago é menos glamourosa do que a literatura de divulgação sugere: o documento que decide o futuro comercial do grafeno não é um artigo científico, mas sim uma folha de dados técnicos confiável. Os números confirmam. Um levantamento deste ano na C — Journal of Carbon Research analisou 60 fabricantes: catorze não declaram um único parâmetro de caracterização, mais da metade não apresenta nenhuma evidência analítica e não existe formato padronizado de folha de dados. O preço do mesmo material varia mais de US$ 100 mil por 100 gramas, isso não é dispersão de mercado, é ausência de linguagem comum. E não falta capacidade fabril: a instalada opera abaixo de 10%. O mais revelador está na pesquisa que o Advanced Carbon Council publica em The Graphene Report, com mais de 800 respondentes em 65 países. Perguntados sobre o que trava a adoção, apontam preço, escala e repetibilidade na qualidade exigida. Perguntados sobre qual norma é essencial, colocam em primeiro lugar os métodos de medição e caracterização. Ninguém liga uma resposta à outra, e o nó está aí: repetibilidade na qualidade exigida é, por definição, uma afirmação metrológica. Não se garante entre lotes uma consistência que não se sabe medir. O setor pede, na pergunta seguinte, a ferramenta que resolveria aquilo de que reclama. É aqui que a conversa interessa a nós. O Brasil é o quarto país em participação naquela pesquisa, atrás apenas de Estados Unidos, Índia e Reino Unido, e tem em consulta pública a NBR 17312, norma genuinamente brasileira de caracterização de grafeno por Raman e AFM. Temos a cadeia inteira montada, como mostra o diagrama – um projeto de envergadura nacional articulando seus elos: o Hub do Grafeno, aprovado pelo Mover com R$ 42,2 milhões, que desenvolve soluções para os gargalos de adoção do material com foco no setor automotivo. Falta uma peça, e ela está prestes a se encaixar. Na edição de 2024 daquele relatório, a lista mundial de produtores com verificação independente cabia em meia dúzia de linhas, e nenhuma empresa brasileira estava nela. Verificação exige laboratório acreditado e instituição com mandato para chancelar — e é o que chega agora: o Inmetro publica em

setembro a portaria do PAC-Grafeno, Programa de Avaliação da Conformidade para o grafeno, ao qual laboratórios de ICTs, indústrias e prestadores de serviço poderão aderir para se acreditar. O dia em que aquele comprador escolher pela folha de dados, e não pela etiqueta, será o dia em que o grafeno terá virado um material como os outros. É menos épico do que a promessa dos anos 2000 e vale muito mais. Quem está construindo isso estará reunido em Belo Horizonte, em novembro, no Carbono 2026 — e é no encontro entre quem faz ciência, quem produz, quem formula, quem mede e quem compra que nascem as alianças que faltam a essa cadeia. Nos vemos lá.

Valdirene Sullas Peressinotto

Formada em química pela Unicamp e mestre em Ciência dos Materiais pelo CDTN. Mais de 20 anos de atuação no mercado, é pioneira na transição de soluções do laboratório para a indústria, com experiência em desenvolvimento e implementação de projetos de inovação com foco em nanomateriais e nanotecnologia. Atuou na Gerdau a frente da Gerdau Graphene, como Head de P&DI (2021 a 2024) e como Diretora Executiva (2024 a dez/2025), liderando o processo de desenvolvimento de novos produtos com nanomaterial em escala industrial, a abertura de mercado e a implementação de governança em PD&I. Atualmente possui uma consultoria, a Sullas Nanotech, com foco em levar ao mercado conhecimento técnico, métodos, processos e governança em PD&I e atua como Head de Produto na Colorfix, coordenando a linha de produtos com grafeno focada na consolidação do mercado.

Figura 1 — O ecossistema de inovação do grafeno. A cadeia não é uma linha: o lote real realimenta o protocolo de medida. O Hub do Grafeno atravessa a cadeia, atuando em três elos e informando outros dois.

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Artigo TINTAS E RECOBRIMENTOS À BASE DE GRAFENO: A PRÓXIMA GERAÇÃO DA PROTEÇÃO INDUSTRIAL

A CORROSÃO COMO UM DESAFIO GLOBAL oucos problemas industriais são tão antigos e persistentes quanto a corrosão. Presente em estruturas metálicas, dutos, pontes, plataformas offshore, equipamentos de mineração e instalações industriais, a corrosão reduz a vida útil dos ativos, aumenta os custos de manutenção e compromete a segurança operacional. Estudos descrevem que os primeiros materiais resistentes à corrosão datam de 1910 [1], e estimativas internacionais apontam que as perdas econômicas associadas à corrosão já representaram trilhões de dólares globalmente, impulsionando a busca por sistemas de proteção cada vez mais eficientes [2]. É nesse contexto que o grafeno passou a despertar o interesse da comunidade científica e da indústria. Descoberto há pouco mais de duas décadas [3], esse nanomaterial bidimensional apresenta um conjunto singular de propriedades, incluindo elevada resistência mecânica e módulo elástico, alta estabilidade química, excelente condutividade térmica e propriedades inertes, características que o tornam um candidato promissor para o desenvolvimento da próxima geração de tintas e revestimentos protetivos [4]. MUITO ALÉM DE UMA TINTA CONVENCIONAL Os revestimentos tradicionais funcionam como uma barreira física entre o metal e o ambiente. Com o tempo, entretanto, pequenas imperfeições, micro trincas ou poros permitem a entrada de água e oxigênio, iniciando os processos corrosivos. Nos últimos anos, centenas de trabalhos científicos passaram a investigar a incorporação do grafeno em sistemas poliméricos, demonstrando ganhos significativos em resistência à durabilidade e corrosão principalmente em função da impermeabilidade do grafeno estruturalmente completo [5]. Quando o grafeno é incorporado à formulação do revestimento ou tinta, o mecanismo anticorrosivo muda de forma significativa. A barreira física promovida pela distribuição uniforme do grafeno é o principal mecanismo de inibição e proteção à corrosão, conforme descrito por Mu et. al (2021) [6]. Nesse contexto, o grafeno dificulta a difusão de oxigênio, água e outras espécies corrosivas ao criar caminhos mais longos, complexos e altamente tortuo-

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sos. Com isso, retarda o contato desses agentes com o substrato metálico, reduzindo a taxa de oxidação e aumentando a eficiência da proteção anticorrosiva. Esse mecanismo é conhecido como “tortuous path”, ou efeito labirinto [7], e é considerado um dos principais responsáveis pelo excelente desempenho anticorrosivo observado em diversos sistemas baseados em grafeno. MAIS RESISTÊNCIA COM MENOS MATERIAL Um aspecto particularmente interessante é que o grafeno normalmente não representa a maior parte da formulação. Pelo contrário: pequenas concentrações já são suficientes para produzir melhorias significativas no desempenho do revestimento, desde que a dispersão do grafeno seja de feito de forma adequada. Essa é uma das vantagens da adição de grafeno em formulações: o custo de material é pouco relevante, frente ao ganho de propriedades observado. Nesse contexto, mesmo em pequenas quantidades, a presença do grafeno pode proporcionar benefícios adicionais, que incluem: (i) resistência mecânica; (ii) estabilidade química; (iii) melhor condutividade elétrica; (iv) super lubricidade; (v) maior estabilidade térmica; (vi) elevado módulo elástico; e (vii) propriedades tribológicas melhoradas [4, 6, 7]. Outras formulações de revestimentos a base de grafeno incluem o aprimoramento de propriedades funcionais como “self-healing”, resistência às intempéries e capacidade de autolimpeza [6]. DA PESQUISA PARA A INDÚSTRIA Embora o interesse acadêmico tenha crescido rapidamente, a aplicação industrial também avança em ritmo acelerado. Atualmente, o grafeno vem sendo estudado em diversos setores como energia, baterias e supercapacitores, células de combustível [8]. Outras aplicações do grafeno no âmbito de processos corrosivos incluem desenvolvimentos para indústrias aeroespaciais, automotivas, químicas, defesa, eletrônica, biomédica, petróleo e indústrias cimentícias e de construção [9]. Nessas aplicações, a expectativa não é apenas aumentar a resistência à corrosão, mas também reduzir custos associados à manutenção, prolongar os intervalos entre repinturas e diminuir o tempo de parada de equipamentos críticos. Em setores como mineração e offshore, onde

Artigo a substituição de componentes envolve operações complexas e elevado custo operacional, pequenos ganhos de durabilidade podem representar economias significativas ao longo do ciclo de vida dos materiais. OS DESAFIOS AINDA EXISTEM Apesar dos resultados promissores, os pesquisadores são unânimes em afirmar que a incorporação do grafeno em tintas não é um processo trivial. Um dos principais desafios está relacionado à dispersão do grafeno, uma vez que o seu efeito de barreira em ambientes corrosivos requer sua dispersão uniforme e uma orientação paralela à superfície do metal [5]. Outro aspecto frequentemente discutido na literatura e considerado um ponto importante de atenção está nos métodos de síntese reportados e que apresentam gargalos como o alto custo de produção e escalabilidade limitada [10]. Dessa forma, o desenvolvimento de formulações comerciais de larga escala e que apresentam o grafeno em sua composição exige um cuidadoso equilíbrio entre composição e funcionalização do revestimento. O FUTURO DOS REVESTIMENTOS INTELIGENTES Mais do que simplesmente aumentar a vida útil de estruturas metálicas, os revestimentos baseados em grafeno apontam para uma nova geração de materiais multifuncionais. Pesquisas recentes exploram tintas capazes de combinar proteção anticorrosiva com monitoramento estrutural, blindagem eletromagnética, dissipação térmica e até funcionalidades em baterias e supercapacitores [9,11,13]. Embora ainda existam desafios relacionados à produção em larga escala, padronização dos nanomateriais e redução de custos, o consenso entre pesquisadores é que o grafeno deixou de ser apenas um material promissor para se tornar uma plataforma tecnológica capaz de redefinir a engenharia de revestimentos industriais. À medida que novos processos de produção e funcionalização amadurecem, a expectativa é que tintas e recobrimentos à base de grafeno ocupem um espaço cada vez maior em aplicações onde durabilidade, desempenho e sustentabilidade caminham lado a lado. O DESEMPENHO COMPROVADO NA LITERATURA Embora o mecanismo de proteção promovido pelo grafeno seja amplamente reconhecido, diversos estudos experimentais demonstram que sua incorporação em revestimentos poliméricos resulta em melhorias significativas no desempenho anticorrosivo [11,13]. Essas evidências mostram que os benefícios do material vão além das proprie-

graphene or modifiend graphene in polymer matrix

Figura 1. Comparação entre uma matriz polimérica convencional e uma matriz contendo grafeno, evidenciando o aumento do caminho de difusão (tortuous path) e a consequente melhoria da resistência à corrosão. Fonte: Ding et al. (2019).

dades intrínsecas do grafeno, refletindo diretamente no aumento da eficiência dos sistemas de proteção superficial. O principal mecanismo responsável por esse comportamento é conhecido como efeito barreira. Conforme ilustrado na Figura 1, a incorporação de nanoplaquetas de grafeno na matriz polimérica dificulta a difusão de moléculas de água, oxigênio e íons agressivos em direção ao substrato metálico. Enquanto em um revestimento convencional essas espécies encontram um caminho praticamente direto até o metal, a presença do grafeno au-

Figura 2. Representação esquemática do aumento do caminho de difusão provocado pela incorporação de grafeno em revestimentos poliméricos. Fonte: Othman et al. (2019).

menta significativamente o percurso necessário para sua penetração, reduzindo a permeabilidade do revestimento e retardando o início dos processos corrosivos [11,12]. Esse efeito pode ser observado de forma ainda mais clara na Figura 2, que compara o caminho percorrido pelas espécies corrosivas em um revestimento convencional e em um revestimento modificado com grafeno. Na ausência das nanoplaquetas, a difusão ocorre praticamente de maneira linear até o substrato metálico. Já

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Artigo na presença do grafeno, as partículas funcionam como barreiras físicas, obrigando a água e os íons a contornarem sucessivamente essas estruturas antes de atingirem o metal. Esse aumento da distância efetiva de difusão reduz a velocidade de transporte dos agentes corrosivos e aumenta a eficiência da barreira protetora [12,14]. Os efeitos observados nas Figuras 1 e 2 são confirmados por diferentes técnicas de caracterização. Em geral, os estudos empregam Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (Electrochemical Impedance Spectroscopy – EIS), curvas de polarização potenciodinâmica e ensaios acelerados em névoa salina para avaliar o desempenho dos revestimentos. Os resultados mostram, de forma consistente, aumento da impedância eletroquímica, redução da densidade de corrente de corrosão e maior estabilidade dos Referência

Ding et al. (2019)

Sistema avaliado

Revestimentos orgânicos contendo grafeno

utilizada, observa-se uma tendência consistente de redução da permeabilidade do revestimento, aumento da resistência à difusão de espécies corrosivas e melhoria do comportamento eletroquímico, reforçando o potencial do grafeno como aditivo para revestimentos anticorrosivos de alto desempenho [11-14]. UM ESTUDO DE CASO APLICADO Uma avaliação realizada em aço estrutural, do tipo barra roscada foi realizado pelo CIT SENAI, a fim de avaliar o aumento da resistência à corrosão de barras metálicas revestidas com resina epóxi. O substrato selecionado para incorporação do revestimento nanoaditivado são as barras roscadas fabricadas de acordo com a norma ASTM 615 e fornecidas pela empresa ArcelorMittal. A resina epóxi (componente A - Diglicidil Éter de Bisfenol A (DGE-

Principais resultados

Redução da permeabilidade do revestimento e aumento da eficiência da barreira anticorrosiva.

Nanocompósitos poliméricos com grafeno

Maior resistência à difusão de espécies corrosivas devido ao efeito tortuous path.

Revestimentos à Jena e Philip base de óxido de (2022) grafeno

Melhora da estabilidade da barreira protetora e aumento da resistência à corrosão em diferentes matrizes poliméricas.

Othman et al. (2019) Mu et al. (2021)

BA)) e o agente reticulador (componente B - amina cicloalifática constituída por uma mistura de isoforonadiamina e álcool benzílico) foram adquiridos da empresa EpoxyFiber (RJ, Brasil). O óxido de grafeno utilizado foi pro-

Diversos trabalhos reportam aumento Revisão de compóda impedância eletroquímica, redução da sitos anticorrosivos corrente de corrosão e melhor desempeà base de grafeno nho em ensaios acelerados.

Fonte: Adaptado de Ding et al. (2019), Othman et al. (2019), Mu et al. (2021) e Jena e Philip (2022). Figura 03 - Amostras de barra

Tabela 1: Resultados reportados na literatura para diferentes sistemas de revestimentos modificados com grafeno

sistemas quando expostos a ambientes agressivos [13,14]. Outro aspecto frequentemente destacado na literatura é que o desempenho do revestimento depende não apenas da presença do grafeno, mas também da sua dispersão na matriz polimérica. Diversos autores demonstram que pequenas concentrações do nanomaterial são suficientes para produzir melhorias significativas, desde que as nanoplaquetas estejam distribuídas de maneira homogênea. Por outro lado, a formação de aglomerados pode criar regiões preferenciais para a permeação de eletrólitos, reduzindo a eficiência da proteção anticorrosiva [12,14]. A Tabela 1 reúne alguns resultados reportados na literatura para diferentes sistemas de revestimentos modificados com grafeno. Independentemente da matriz

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metálica revestida com resina epóxi pura (a) e com adição de 0,5% m/m de GO (b). (a)

(b)

duzido no CTNano/UFMG e sintetizado pelo método de Hummers modificado (REIS et al., 2020). A oxidação do grafite comercial (Nacional de Grafite) foi feita partindo da mistura do mineral moído, KMnO4 e H2SO4. O sistema foi mantido sob agitação mecânica para homogeneização inicial e, em seguida, foi colocado em banho de ultrassom aquecido a 45°C para oxidação. O material obtido foi vertido em gelo e adicionou-se H2O2 sob agitação vigorosa. A suspensão de óxido de grafite gerada foi separada por centrifugação e lavada primeiramente com solução de HCl 10% v/v e posteriormente com água deionizada, até que o material alcançasse o pH entre 5 e 7, coincidindo ao da água utilizada na lavagem. Para otimi-

Artigo

Figura 04 – Gráfico de desempenho das formulações em função do tempo de exposição.

zar o processo posterior de incorporação na resina epóxi, o óxido de grafite produzido foi esfoliado em suspensão de etanol, em banho de ultrassom aquecido a 45°C por 20 minutos e depois separado por centrifugação a 4200 rpm. A incorporação otimizada do GO na resina epóxi foi feita via moinho de rolos. Foram avaliadas as concentrações de 0,25 e 0,5% m/m de GO em resina epóxi (figura 03) e o desempenho do revestimento foi comparado com uma barra galvanizada. As amostras foram submetidas ao ensaio de névoa salina (5% NaCl), segundo a norma ASTM B117. Também foram realizados ensaios eletroquímicos em potenciostato/galvanostato da AUTOLAB modelo PGSTAT 302N, em uma célula convencional de três eletrodos.

O mapeamento da área corroída desenvolvido para acompanhar a evolução do processo de oxidação foi realizado periodicamente durante todo o intervalo de exposição e os resultados mais significativos estão resumidos a seguir. Para uma melhor visualização, os resultados referentes a barra bruta foram ocultados uma vez que 72 horas de exposição, 100% da área superficial apresentava-se corroída. O gráfico da Figura 04 ilustra um comparativo do percentual de área corroída entre a amostra de referência (resina epóxi pura) e as barras revestidas com epóxi e nanomaterial.

Os primeiros pontos de corrosão foram observados desde as primeiras 24 horas de exposição, representando cerca de 1% da área total da barra para o epóxi puro e 0,2% para o epóxi + 0,5% m/m de GO. O percentual de área corroída aumentou significativamente a partir de 312 horas de exposição. Com 384 horas de teste, a área corroída era de 19% para o epóxi puro e 8% para o nanocompósito mais concentrado. Ao final das 1000 horas de ensaio o maior percentual de área corroída era o da

Figura 05 - Gráfico comparativo de desempenho entre os revestimentos resina epóxi pura e resina epóxi com GO 0,5% m/m no tempo de imersão de 792 horas.

barra revestida com epóxi puro (41%). O revestimento nanocompósito com 0,25% em massa de GO, apresentou um percentual de área corroída bem próximo ao do revestimento epóxi puro (37%). O revestimento nanoestruturado contendo 0,1% em massa de GO indicou 35% de área corroída. Por fim, o revestimento composto por epóxi + 0,5% m/m de GO apresentou 27% de área corroída. Esta concentração se mostrou a mais promissora desde a primeira inspeção e manteve a tendência até o final do teste. As imagens obtidas ao final do teste mostraram que a corrosão na barra bruta foi uniforme e não apresentou locais preferenciais, indicando danos significativos em toda sua extensão. A barra galvanizada estava coberta de produtos de corrosão branca, proveniente da reação de oxidação do metal com o zinco, porém em torno de 144 horas de exposição passou a apresentar pontos de corrosão vermelha. As barras revestidas apresentaram áreas superficiais de corrosão localizada e ao final do teste ainda era possível identificar regiões íntegras mesmo após o longo período de exposição em condições agressivas. As barras contendo o revestimento nanoestruturado se apresentaram menos corroídas se comparadas àquelas revestidas com epóxi puro. Quando comparamos os dois sistemas resina epóxi pura e resina epóxi com nanomaterial observamos um ganho de 72,6% de resistência após 24 horas de imersão, conforme gráfico apresentado na Figura 05. Esse ganho ainda é observado após 792 horas de imersão mesmo com a redução do valor do |Z| 0,01 Hz que é de 1,46 x 10² para a resina epóxi pura e 5,31 x 10² ohms.cm-2 para resina epóxi com nanomaterial, Figura 05. A alta área superficial das nanopartículas de GO contribuiu com a geração de uma barreira contra a difusão de água e íons corrosivos no revestimento epóxi. As nanofolhas podem preencher os pequenos poros dentro do revestimento e limitar a passa-

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Artigo gem de agentes corrosivos, impedindo que eles atinjam a superfície do metal entre outros mecanismos de proteção. CONCLUSÃO A incorporação de grafeno em revestimentos poliméricos representa uma das estratégias mais promissoras para o desenvolvimento da próxima geração de sistemas anticorrosivos. Os estudos disponíveis demonstram que a presença das nanoplaquetas promove uma barreira física mais eficiente contra a difusão de água, oxigênio e íons agressivos, aumentando a resistência à corrosão e prolongando a vida útil dos revestimentos. Entretanto, os benefícios do grafeno dependem diretamente da qualidade da sua dispersão e da compatibilidade com a matriz polimérica, fatores que ainda representam desafios para a aplicação em larga escala. Dessa forma, pesquisas voltadas à otimização das formulações, dos métodos de funcionalização e dos processos de fabricação continuam sendo fundamentais para ampliar a viabilidade industrial desses revestimentos. Apesar desses desafios, a evolução das pesquisas na área indica que os revestimentos modificados com grafeno possuem elevado potencial para aplicações em setores como óleo e gás, mineração, infraestrutura, transporte e energia, contribuindo para aumentar a durabilidade de componentes metálicos e reduzir custos associados à corrosão. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] HAN, Xiaocan; CHEN, Limao; GUO, Xingpeng; LIAO, Bokai. The key role of coordination chemistry in the synergistic protection and response mechanisms of intelligent self-healing anti-corrosion coatings. Coordination Chemistry Reviews, [S.L.], v. 563, p. 218054, set. 2026. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.ccr.2026.21805 [2] KOCH, Gerhardus. Cost of corrosion. Trends In Oil And Gas Corrosion Research And Technologies, [S.L.], p. 3-30, 2017. Elsevier. http://dx.doi. org/10.1016/b978-0-08-101105-8.00001-2. [3] YANG, Kang; WU, Chao; ZHANG, Guoqing. A state of review for graphene-based materials in preparation methods, characterization, and properties. Materials Science And Engineering: B, [S.L.], v. 310, p. 117698, dez. 2024. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.mseb.2024.117698. [4] LI, Jiahao; LIU, Bo; BAI, Lichun. Tribology improvement of graphene and its derivatives on metal-based coatings: a review. Progress In Surface Science, [S.L.], v. 101, n. 2, p. 100820, jun. 2026. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.progsurf.2026.10082 [5] DING, Rui; CHEN, Si; LV, Jing; ZHANG, Wei; ZHAO, Xiao-Dong; LIU, Jie; WANG, Xiao; GUI, Tai-Jiang; LI, Bing-Jun; TANG, Yong-Zheng. Study on graphene modified organic anti-corrosion coatings: a

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PET REFORÇADO COM ÓXIDO DE GRAFENO E NANOTUBOS: UMA ROTA ESCALÁVEL PARA FILMES DE ALTO DESEMPENHO Artigo

Centro de Tecnologia em Nanomateriais e Grafeno da Universidade Federal de Minas Gerais (CTNano/UFMG), Rua Professor José Vieira de Mendonça, 520, Engenho Nogueira – CEP 31.310-260, Belo Horizonte mpliar o desempenho do PET sem abandonar rotas de transformação já consolidadas é um desafio relevante para a indústria de polímeros. Uma estratégia desenvolvida para filmes de poli(tereftalato de etileno) combinou pré-dispersão aquosa, produção de masterbatches e processamento no estado fundido para incorporar óxido de grafeno (GO), nanotubos de carbono oxidados (NTC) e híbridos GO/ NTC. Com concentração final de apenas 0,1% (m/m), todas as formulações aumentaram a rigidez do PET. O melhor resultado foi obtido com o híbrido 1GO:2NTC, cujo módulo elástico atingiu 531 MPa, frente a 245 MPa para o polímero sem adição. RESULTADOS EM DESTAQUE • 0,1% (m/m) de nanomateriais na formulação final • módulo elástico elevado de 245 para até 531 MPa • ganho máximo de rigidez de 117% • melhor resposta mecânica para o híbrido 1GO:2NTC • processamento por masterbatch e diluição no estado fundido

Figura 1: Aplicações de filmes finos de PET. (Fonte: Gerado por OpenAI via ChatGPT (2026))

barreira à radiação e elemento de reforço estrutural [5]. Essas características tornam os nanocompósitos de PET promissores para aplicações em embalagens, nas quais propriedades de barreira, proteção e durabilidade são fundamentais. Entre os nanomateriais de carbono, o GO e os NTCs apresentam características complementares que podem ser exploradas em sistemas híbridos, embora essa abordagem ainda seja pouco investigada para matrizes de PET [6]. Neste trabalho, foi desenvolvida uma estratégia de incorporação de GO, NTC oxidados e híbridos GO/NTC em filmes finos de PET, utilizando uma rota de processamento baseada em masterbatch e processamento em fusão. Foram produzidos nanocompósitos contendo apenas 0,1% em massa de nanocargas, e diferentes proporções entre GO e NTC. O trabalho buscou compreender como

O DESAFIO DE AMPLIAR O DESEMPENHO DO PET O poli(tereftalato de etileno), conhecido pela sigla PET, é um dos polímeros mais utilizados industrialmente. O PET combina uma boa resistência mecânica e térmica, transparência e estabilidade química, além de ser um material facilmente processável [1]. A Figura 1 mostra algumas das diversas aplicações do PET, em especial quando conformado em filmes finos [2]. Apesar dessas características, a busca por materiais mais leves, resistentes e funcionais tem impulsionado o desenvolvimento de novas tecnologias capazes de ampliar o desempenho do PET e expandir as suas possíveis aplicações, sem alterar significativamente os processos industriais já consolidados [3]. A incorporação de nanomateriais de carbono ao PET representa uma estratégia eficiente para ampliar o desempenho desse polímero em diversas aplicações [4]. Como ilustrado na Figura 2, o PET convencional apresenta elevada transmissão de radiação UV-Vis, permeabilidade a gases e limitações relacionadas às suas propriedades mecânicas. O uso de nanoreforços pode promover a formação de uma rede dispersa na matriz polimérica, aumentando a tortuosidade para difusão de Figura 2: Esquema ilustrativo do efeito dos nanomateriais em filmes de PET. (Fonte: Gerado por OpenAI moléculas e atuando simultaneamente como via ChatGPT (2026))

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Artigo diferentes nanomateriais e suas combinações influenciam a estrutura e o desempenho do polímero, contribuindo para o desenvolvimento de nanocompósitos de alto valor agregado. NANOMATERIAIS DE CARBONO APLICADOS AO DESENVOLVIMENTO DE NANOCOMPÓSITOS GO e NTC apresentam geometrias complementares. O GO é formado por folhas bidimensionais contendo grupos oxigenados, enquanto os nanotubos são estruturas alongadas e tubulares. A oxidação favorece a dispersão em meio aquoso e pode melhorar a interação com o PET. No conjunto de materiais empregado, os graus de oxidação estimados por análise termogravimétrica foram de aproximadamente 40% para o GO e 10% para os NTCs. A Figura 3 apresenta as micrografias obtidas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) dos nanomateriais utilizados neste trabalho. O GO apresenta a morfologia típica de materiais bidimensionais, formada por folhas finas e sobrepostas, com rugosidades e ondulações associadas à presença de grupos oxigenados introduzidos durante o processo de oxidação [7]. Já os NTCs exibem estrutura tubular com diâmetro uniforme e paredes bem definidas, características de materiais com elevado grau de organização estrutural. É possível observar que tanto os NTCs quanto o GO apresentam dimensões micrométricas de comprimento e tamanho lateral, o que favorece a atuação como carga de reforço [8]. As imagens dos nanomateriais híbridos demonstram uma forte interação entre os tubos e as folhas, evidenciando a formação de uma estrutura tridimensional na qual os nanotubos de carbono atuam como pontes entre as folhas de óxido de grafeno. Essa organização reduz a tendência de aglomeração dos nanomateriais e favorece sua dispersão na matriz polimérica, aspecto fundamental para que as propriedades de reforço sejam efetivamente transferidas ao PET [9] UMA NOVA ESTRATÉGIA PARA PRODUZIR NANOCOMPÓSITOS DE PET A utilização de masterbatches surge então como uma estratégia para melhorar a dispersão e a distribuição das nanocargas, combinando etapas de incorporação e posterior diluição no estado fundido [10]. Além disso, os masterbatches constituem uma solução atrativa para o escalonamento industrial, possibilitando maior controle da incorporação das nanocargas e oferecendo vantagens relacionadas ao armazenamento, transporte e dosagem durante o processamento [11]. Assim, este trabalho avaliou a incorporação de GO e NTCs oxidados em matriz de PET por meio de uma rota inovadora voltada à produção de masterbatches e sua posterior diluição para obtenção de nanocompósitos, buscando ampliar a eficiência da dispersão das nanocargas e contribuir para a viabilização tecnológica desses materiais em aplicações de maior valor agregado [12]. Embora a incorporação de nanomateriais em polímeros seja tradicionalmente realizada por extrusão em estado fundido [13], este trabalho adaptou para a matriz de PET uma estratégia de pré-mistura previamente desenvolvida para outro sistema polimérico [14], promovendo uma dispersão mais eficiente dos nanomateriais antes da etapa de extrusão. Inicialmente, os nanomateriais foram pré-dispersos em água e posteriormente submetidos a ultrassom de banho, visan-

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Figura 3: Imagens de microscopia eletrônica de transmissão dos nanomateriais e híbridos após a etapa de ultrassom de banho. (a) GO, (b) NTC, (c) 2GO:1NTC, (d) 1GO:1NTC (e) 1GO:2NTC.

do reduzir aglomerados e favorecer sua distribuição homogênea. Em seguida, partículas de PET foram adicionadas à suspensão e mantidas sob ultrassom para promover a interação entre a matriz polimérica e as nanocargas. Após secagem, a mistura foi processada em extrusora dupla rosca. A metodologia permitiu a obtenção de masterbatches, posteriormente utilizados na produção dos nanocompósitos. Os nanocompósitos foram produzidos por processamento no estado fundido e, em seguida, utilizados na fabricação de filmes finos com espessura aproximada de 0,2 mm por moldagem por compressão. Por meio dessa abordagem, foram obtidos nanocompósitos com concentração final de 0,1% (m/m). A microscopia óptica (Zeiss Axio Imager 2A, ampliação de 100x) foi utilizada para avaliar a distribuição das nanocargas nos masterbatches e nos nanocompósitos produzidos. As imagens da Figura 4 evidenciam que a estratégia de processamento

Figura 4: Imagens de microscopia óptica do PET puro, masterbatches e nanocompósitos 0,1% (m/m).

Artigo adotada proporcionou uma dispersão homogênea dos nanomateriais na matriz de PET, tanto nos masterbatches quanto nos filmes finais. Observa-se ainda uma redução expressiva no tamanho dos aglomerados após a etapa adicional de mistura em estado fundido, especialmente nos nanocompósitos contendo 0,1% de nanocarga, indicando a eficiência da rota de processamento proposta. O uso da água como meio de esfoliação também pode ter contribuído para esse resultado, favorecendo a dispersão dos nanomateriais na matriz polimérica [1]. Além disso, as baixas concentrações empregadas permitiram preservar o aspecto visual dos filmes, que apresentaram transparência semelhante à do PET puro. Não foram observadas diferenças significativas no padrão de dispersão entre GO, CNT e os sistemas híbridos dentro da mesma faixa de concentração, indicando que a metodologia desenvolFigura 6: Imagens de microscopia eletrônica de varredura de superfícies de fratura por tração. (a) PET, (b) 1GO, (c) 1NTC, (d) 1GO:1NTC.

ra típica de deformação plástica, os nanocompósitos exibiram superfícies mais lisas, indicativas de fraturas frágeis e compatíveis com um aumento da rigidez promovido pelos nanomateriais. Além disso, não é possível observar nas imagens a presença de aglomerados, sendo mais uma evidência da dispersão eficiente dos nanomateriais [1], [15]. A incorporação de nanomateriais de carbono também modificou o comportamento óptico dos filmes de PET, aumentando sua capacidade de absorção da radiação UV e visível, Figura 5: Módulo elástico dos filmes finos de PET e nanocompósitos

vida foi igualmente eficaz para todos os sistemas avaliados. AVALIAÇÃO DOS FILMES NANOESTRUTURADOS DE PET Ensaios mecânicos evidenciaram que a incorporação de nanomateriais de carbono promoveu um aumento significativo no módulo de elasticidade dos filmes de PET, indicando maior rigidez do material, como evidenciado na Figura 5. O PET puro apresentou módulo de aproximadamente 245 MPa, enquanto todos os nanocompósitos exibiram valores superiores, entre 353 e 531 MPa. Entre as formulações contendo apenas um tipo de nanocarga, o compósito com 0,1% de NTC apresentou o maior módulo (449 MPa), seguido pelo material contendo 0,1% de GO (387 MPa). O sistema híbrido de composição 1GO:2NTC atingiu 531 MPa, representando um aumento de 117% em relação ao PET. Esses resultados indicam que a combinação entre GO e NTC pode potencializar o efeito de reforço mecânico, evidenciando o potencial dos sistemas híbridos para o desenvolvimento de nanocompósitos de PET com maior rigidez. As imagens realizadas por microscopia eletrônica de varredura das superfícies de fratura dos filmes, apresentadas na Figura 6, evidenciaram alterações no comportamento do material. Enquanto o PET puro apresentou uma fratu-

Figura 7: Espectro de absorção na região do UV-Vis dos filmes finos de PET e nanocompósitos.

conforme mostrado na Figura 7. Em comparação ao PET puro, todos os nanocompósitos apresentaram maior absorção na região do UV, com incrementos de até 12%, enquanto na faixa do UVA (320–400 nm) esse aumento alcançou 296% para as formulações contendo NTC e o sistema híbrido 1GO:2NTC. Na região do visível, o maior ganho foi observado para o híbrido 1GO:2NTC, cuja absorbância foi aproximadamente 325% superior à do PET. Esses resultados

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Artigo demonstram que pequenas quantidades de nanomateriais de carbono são suficientes para ampliar a capacidade de absorção da radiação incidente, característica particularmente relevante para aplicações em embalagens. A maior absorção da radiação UV-Visível pode contribuir para reduzir processos de foto-oxidação tanto da matriz polimérica quanto de produtos sensíveis à luz, como alimentos, bebidas e fármacos, agregando funcionalidade aos filmes sem a necessidade de elevadas concentrações de aditivos e mantendo a compatibilidade com as rotas convencionais de processamento do PET [16] POTENCIAL INDUSTRIAL E PRÓXIMOS PASSOS Este estudo demonstrou a viabilidade da incorporação de baixos teores de óxido de grafeno, nanotubos de carbono e seus sistemas híbridos em matriz de PET por meio de uma rota inovadora baseada na combinação de pré-mistura em dispersão aquosa e processamento em estado fundido. Entre as formulações avaliadas, o híbrido 1GO:2NTC reuniu o maior módulo elástico e a maior alteração de absorbância no visível. Dessa forma, a metodologia proposta apresenta potencial para a produção de materiais de maior valor agregado, associando ganhos funcionais a uma rota de processamento compatível com a realidade industrial. Como próximos passos, a pesquisa deverá avançar na otimização e no escalonamento dos processos, na validação do desempenho em condições reais de uso e na avaliação da viabilidade técnico-econômica e regulatória, em parceria com o setor industrial, de modo a viabilizar a conversão dos resultados obtidos em produtos comerciais competitivos. Agradecimentos: Os autores agradecem o apoio do CNPq, Petrobras, Tecplas e Vale.

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DA GRAFITA AO GRAFENO: UM MINERAL CRÍTICO NA BASE DAS TECNOLOGIAS DO CARBONO

Artigo

Da siderurgia às baterias e aos materiais bidimensionais, a grafita conecta cadeias industriais maduras à transição energética e à manufatura avançada.

UM MATERIAL ANTIGO PARA UMA NOVA ECONOMIA TECNOLÓGICA oucos materiais reúnem estabilidade química, condução térmica e elétrica, resistência a altas temperaturas, baixo atrito e uma estrutura capaz de originar sólidos carbonosos de diferentes dimensionalidades. Por isso, a grafita permanece essencial à siderurgia, aos refratários, aos eletrodos e aos lubrificantes e, simultaneamente, tornouse matéria-prima para baterias, supercapacitores, compósitos condutores, grafeno e óxido de grafeno. A grafita natural ocorre principalmente nas formas cristalina em flocos (flake), microcristalina e de veio (lump). A variedade flake é especialmente relevante para produtos de maior valor, pois pode ser beneficiada, purificada, esferonizada, expandida ou esfoliada. A grafita sintética, obtida de precursores c a r b o n o s o s , permite maior controle de pureza e microestrutura, porém com maior demanda térmica e energética. Essa versatilidade ganhou dimensão geopolítica. O Mineral Commodity Summaries 2026 estima que a produção mundial de grafita natural Figura 1 — Grafita natural: participação percentual por aplicação no consumo global. Fonte: elaborado pelo autor com base na ECGA [4].

alcançou cerca de 1,8 milhão de toneladas em 2025, das quais aproximadamente 1,4 milhão foram produzidas pela China [1]. A concentração aumenta nas etapas de purificação e fabricação de material anódico: na análise da International Energy Agency para 2024, os três principais países reuniam 93% da mineração e 99% do refino da grafita considerada pela agência [2]. O desafio, portanto, não é apenas dispor do minério, mas dominar as operações que transformam o concentrado em materiais especificados para cada aplicação. REFRATÁRIOS E METALURGIA: DESEMPENHO EM CONDIÇÕES EXTREMAS Muito antes da expansão das baterias, a grafita já era estratégica para a indústria de alta temperatura.

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Artigo custo competitivo e fabricação consolidada. Silício e lítio metálico oferecem capacidades superiores, mas ainda enfrentam desafios de variação volumétrica, interface, segurança e durabilidade. Para tornar-se material anódico, a grafita natural é concentrada, classificada, purificada — frequentemente acima de 99,95% de carbono —, esferonizada e revestida. O revestimento e a química superficial influenciam a a camada de passivação conhecida como solid electrolyte interphase (SEI), camada que conduz íons e limita reações parasitas. Pureza, cristalinidade, defeitos, área superficial, impurezas, granulometria e morfologia precisam ser controlados em conjunto. A grafita de baterias pós-consumo também merece recuperação. Embora a reciclagem tenha priorizado metais, o carbono representa parcela expressiva da célula e pode ser purificado, regenerado Figura 2 — Grafita natural: imagem de elétrons secundários, magnificação de 650 vezes. ou convertido em integram cadinhos, moldes, pós de cobertura e outros materiais, desde que desempenho, segurança recarburantes. Eletrodos de grafita sintética, por e viabilidade ambiental sejam demonstrados. sua vez, transportam correntes muito elevadas nos fornos elétricos a arco, tecnologia central à SUPERCAPACITORES, CONTATOS reciclagem de aço [4]. ELÉTRICOS E COMPÓSITOS A circularidade amplia essa agenda: refratários Nos supercapacitores, a energia é armazenada MgO–C pós-uso ainda contêm magnésia e carbono na interface eletrodo–eletrólito, por dupla camada recuperáveis. Separar, purificar e reintroduzir essas elétrica ou processos pseudocapacitivos rápidos. frações pode reduzir o consumo de matérias-primas Como a grafita convencional possui área superficial virgens e a geração de resíduos, além de contribuir limitada, grafita expandida, grafeno, óxido de para a mitigação de impactos ambientais. grafeno reduzido (rGO) e carbonos porosos são empregados em eletrodos e compósitos. BATERIAS: UMA HOSPEDEIRA EFICIENTE Estruturas tridimensionais e espaçadores ajudam PARA ÍONS DE LÍTIO a conter o reempilhamento das folhas [9]. A grafita é o material ativo predominante do A condução elétrica associada à autolubrificação eletrodo negativo nas baterias comerciais de íons de explica o uso da grafita em escovas, contatos lítio. Durante a carga, os íons de lítio desintercalam- deslizantes e componentes sujeitos a atrito. Em se do material ativo do eletrodo positivo e se inserem conectores, carcaças, juntas e revestimentos, entre as camadas da grafita. No limite ideal, forma- grafita expandida, nanoplaquetas e grafeno podem se uma composição próxima a LiC6, correspondente formar redes de percolação que proporcionam à capacidade específica teórica de 372 mAh g-¹ [5]. condução, dissipação térmica, aquecimento ou blindagem eletromagnética. Sua permanência nessa função decorre de resistivo um equilíbrio difícil de reproduzir: potencial O resultado industrial não depende apenas propriedade intrínseca do material. eletroquímico adequado, reversibilidade, estabilidade, da Em tijolos e massas de MgO–C para conversores, fornos elétricos a arco e panelas de aço, ela reduz a molhabilidade e a penetração de escórias, melhora a resistência ao choque térmico e reduz os gradientes de temperatura. O desempenho combina a refratariedade da magnésia com as propriedades térmicas e interfaciais do carbono. Como o carbono se oxida em atmosferas oxidantes, as formulações utilizam antioxidantes, ligantes e microestruturas controladas. Na fundição e na siderurgia, grafitas naturais e sintéticas também

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Artigo

Figura 3 — Rota simplificada de produção de grafeno monocamada e grafeno de poucas camadas (FLG) a partir de grafita natural por esfoliação mecânica em fase líquida. A classificação controla a distribuição de espessuras, enquanto o reciclo da fração grossa aumenta o aproveitamento da matéria-prima.

Dispersão, orientação, razão de aspecto, interface e processamento determinam se a fase carbonosa atuará como reforço, barreira, lubrificante ou caminho condutor. DA GRAFITA AO GRAFENO: ROTAS DISTINTAS, PRODUTOS DISTINTOS Pela terminologia ISO, grafeno é uma única camada de átomos de carbono em rede hexagonal. Grafeno bicamada e grafeno de poucas camadas (few-layer graphene, FLG) são categorias próprias [10]. A distinção importa porque número de camadas, dimensão lateral, defeitos, oxigênio e contaminações alteram o desempenho. As rotas top-down partem de um sólido grafítico. Na esfoliação em fase líquida, cisalhamento, cavitação ou impacto vencem as interações entre as camadas, enquanto o líquido e os estabilizantes reduzem a reaglomeração. Ultrassom, rotor–estator, homogeneização de alta pressão, microfluidização e wet-jet milling diferem quanto à produtividade, ao consumo energético e à distribuição de tamanhos dos produtos [6,7]. O produto real é uma população de grafeno monocamada, FLG, nanoplaquetas e grafita

parcialmente esfoliada. Assim, concentração total não equivale ao rendimento efetivo de grafeno ou FLG. Centrifugação ou filtração controlam a distribuição de espessuras; o reciclo recupera a fração grossa. A caracterização deve combinar microscopia de força atômica, espectroscopia Raman e métodos ópticos [11]. A oxidação da grafita produz óxido de grafeno (GO), dispersável em água e funcionalizável. Sua redução térmica, química ou eletroquímica gera óxido de grafeno reduzido (óxido de grafeno reduzido (rGO)), que recupera parcialmente a conjugação e a condutividade. GO e óxido de grafeno reduzido (rGO) não equivalem ao grafeno de alta qualidade: preservam defeitos e oxigênio residual, úteis em membranas, adsorventes, sensores, eletrodos e catalisadores [8]. Deposição química de vapor (CVD) e crescimento epitaxial são rotas bottom-up: constroem o material sobre um substrato e, em geral, não convertem grafita natural. A escolha entre esfoliação, oxidação/ redução e CVD deve partir da especificação do produto, não do uso genérico do nome “grafeno”. BRASIL: DA VANTAGEM GEOLÓGICA AO

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Artigo

VALOR TECNOLÓGICO O Brasil reúne recursos minerais e competências em mineração, refratários, eletroquímica e nanomateriais. Segundo a ANM, as reservas provadas e prováveis alcançaram 166,8 milhões de toneladas em 2023, com produção beneficiada de 56,1 mil toneladas, concentrada em Minas Gerais [3]. No mesmo ano, 99% do valor das importações brasileiras de produtos de grafita correspondeu à indústria de transformação mineral. A abundância geológica, portanto, ainda não assegura domínio das etapas de maior valor. Uma estratégia nacional deve conectar concentrados controlados, purificação de menor impacto, grafita esférica revestida, reciclagem e produção de grafeno, GO, óxido de grafeno reduzido (rGO) e compósitos. Isso requer metrologia, avaliação de ciclo de vida, plantas-piloto e cooperação entre mineração, universidades, centros tecnológicos e indústria. A grafita é uma plataforma tecnológica: a mesma estrutura lamelar que protege refratários permite intercalar lítio, formar redes condutoras e obter materiais bidimensionais. Converter essa versatilidade em produtos certificados, processos escaláveis e propriedade intelectual é o caminho para transformar vantagem mineral em soberania científica, industrial e comercial. [1] UNITED STATES GEOLOGICAL SURVEY. Mineral commodity summaries 2026: graphite (natural). Reston: USGS, 2026. DOI: 10.3133/mcs2026. [2] INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Graphite: outlook for key energy transition minerals. Paris: IEA, 2025. Disponível em: h t t p s : / / w w w. i e a . o r g /r e p o r t s /g r a p h i t e - 2 . [3] AGÊNCIA NACIONAL DE MINERAÇÃO. Sumário Mineral Brasileiro 2024: grafita — ano-base 2023. Brasília: ANM, 2024. [4] EUROPEAN ADVANCED CARBON AND GRAPHITE MATERIALS ASSOCIATION. Main uses of carbon and graphite. Brussels: ECGA, [s.d.]. Disponível em: https://ecga.net/main-uses-of-graphite/. [5] ASENBAUER, J. et al. The success story of graphite as a lithium-ion anode material — fundamentals, remaining challenges, and recent developments including silicon (oxide) composites. Sustainable Energy & Fuels, v. 4, p.

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GRAFENO NO SETOR AUTOMOTIVO: PROCESSAMENTO, APLICAÇÕES E PERSPECTIVAS Artigo

Resumo

grafeno e seus derivados formam uma família de materiais bidimensionais com elevado potencial para contribuir com veículos mais leves, eficientes, duráveis e eletrificados. Seu aproveitamento tecnológico é orientado pela rota de produção, pela qualidade do material e pela forma de incorporação à matriz ou ao componente. Este artigo revisa as principais rotas de processamento: esfoliação em fase líquida; oxidação e redução química; deposição química a partir da fase vapor e rotas térmicas emergentes, destacando qualidade estrutural, custo e escalabilidade. Em seguida, discutem-se cinco eixos de aplicação: armazenamento de energia e gestão térmica; compósitos estruturais leves; revestimentos, tintas e compatibilidade eletromagnética; lubrificantes e redução de atrito; e elastômeros e pneus. A análise relaciona resultados de laboratório, demonstradores e aplicações maduras, mostrando como as propriedades do grafeno podem ser convertidas em desempenho. Por fim, apresentam-se as frentes de padronização, dispersão, segurança, sustentabilidade e qualificação, além da oportunidade brasileira de agregar valor tecnológico ao grafite. Palavras-chave: grafeno; processamento; compósitos; setor automotivo; veículos elétricos; revestimentos; tribologia.

1. INTRODUÇÃO Desde o isolamento experimental de monocamadas de grafeno por esfoliação mecânica, em 2004, esse material tornou-se uma referência da ciência e engenharia de materiais [1]. O grafeno ideal é constituído por uma única camada de átomos de carbono com hibridização sp2, organizados em rede hexagonal. Revisões recentes consolidam propriedades intrínsecas excepcionais, como módulo de elasticidade próximo de 1 TPa, resistência mecânica da ordem de 130 GPa, elevada condutividade térmica e elétrica e área superficial específica teórica de aproximadamente 2.630 m2.g -1 [2]. Na prática industrial, “grafeno” abrange uma família diversificada: monocamadas, grafeno de poucas camadas, nanoplaquetas, óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO), com composições, dimensões e propriedades distintas. Essa diversidade amplia as possibilidades de aplicação, desde filmes eletrônicos até tintas, polímeros, lubrificantes e compósitos. Estudos recentes mostram que descrições completas dos materiais e maior reprodutibilidade são decisivas para comparar resultados e acelerar a transferência tecnológica [3,4]. A identificação do material e de seus atributos permite, portanto, selecionar o produto mais adequado a cada função. O setor automotivo é particularmente favorável a essa família de materiais, pois reúne demandas de redução de massa, eletrificação, dissipação térmica, proteção contra corrosão, compatibilidade eletromagnética, redução de atrito e durabilidade. Essas demandas dialogam diretamente com as propriedades mecânicas, térmicas, elétricas, tribológicas e de barreira do grafeno. Ganhos mensuráveis obtidos com pequenas concentrações e processos escaláveis podem transformá-lo em aditivo de elevado valor tecnológico [4]. 2. PROCESSAMENTO DO GRAFENO E DE SEUS DERIVADOS

As rotas de produção são agrupadas em abordagens topdown, nas quais o grafite é desagregado ou transformado, e bottom-up, nas quais a rede de carbono é formada a partir de precursores moleculares. Essa diversidade permite ajustar número de camadas, tamanho lateral, composição, defeitos e custo ao desempenho exigido em cada aplicação [2,5].

2.1. ROTAS TOP-DOWN A esfoliação mecânica com fita adesiva foi o marco experimental da área, enquanto aplicações em volume impulsionaram rotas de maior produtividade. Entre elas, destaca-se a esfoliação em fase líquida (liquid-phase exfoliation, LPE), realizada por ultrassom, cisalhamento, mistura de alta energia ou moagem. A rota gera dispersões de grafeno de poucas camadas e nanoplaquetas com boa escalabilidade; rendimento, tamanho, número de camadas e estabilidade podem ser ajustados pelo solvente, pela energia e pelo uso de surfactantes [5]. Energia adequada promove desaglomeração, enquanto tratamentos excessivos podem fragmentar as folhas e aumentar defeitos. A rota química parte da oxidação do grafite por métodos derivados do processo de Hummers [6], formando óxido de grafeno (GO). O GO contém grupos funcionais oxigenados, é hidrofílico e pode ser disperso em água e outros meios polares. Em princípio, a remoção desses grupos por redução térmica, química ou eletroquímica poderia aproximar sua estrutura daquela observada no grafeno. Entretanto, a oxidação também introduz defeitos, vacâncias e descontinuidades na rede carbônica que não são completamente reparados durante a redução. Assim, o produto obtido é denominado óxido de grafeno reduzido (rGO), material que ainda apresenta grupos oxigenados residuais e uma rede sp2 parcialmente restaurada, mas estruturalmente distinta do grafeno de alta qualidade [7].

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Artigo 2.2. CRESCIMENTO BOTTOM-UP E ROTAS TÉRMICAS EMERGENTES A deposição química a partir da fase vapor (chemical vapor deposition, CVD), geralmente sobre cobre ou outros substratos catalíticos, é uma das principais rotas para filmes contínuos de grafeno em grande área [8]. O processo oferece elevado controle estrutural para aplicações em que continuidade, transparência ou propriedades eletrônicas justificam maior complexidade. Crescimento e transferência ainda influenciam resíduos, fissuras e uniformidade [3,8], e seu aperfeiçoamento tem ampliado a integração de filmes CVD em sensores, aquecedores e dispositivos. Rotas térmicas ultrarrápidas, como o flash Joule heating, convertem resíduos plásticos, biomassa e outros precursores carbonosos em grafenos turbostráticos em tempos muito curtos [9]. A abordagem permite transformar rejeitos em materiais de maior valor, aproximando produção de grafeno e economia circular. Morfologia, empilhamento e pureza dependem do precursor e do processo, direcionando o produto sobretudo a aplicações em massa, como compósitos, revestimentos e aditivos. 2.3. INCORPORAÇÃO EM MATRIZES DE ENGENHARIA Na maioria das aplicações automotivas, o grafeno atua como aditivo ou reforço. O desempenho resulta de interfaces eficientes, dispersão homogênea e, quando necessária, uma rede condutora contínua. Quando esses elementos são controlados, pequenas concentrações podem alterar propriedades mecânicas, térmicas, elétricas ou de barreira. Em polímeros, as rotas mais comuns incluem mistura em solução ou no estado fundido, masterbatches, polimerização in situ e funcionalização [5,10], permitindo equilibrar dispersão, integridade das folhas, viscosidade e produtividade. Em matrizes metálicas, especialmente alumínio, a metalurgia do pó é atraente por permitir mistura e consolidação no estado sólido, reduzindo a exposição a temperaturas elevadas e o risco de reações interfaciais deletérias. Revisão recente identifica como variáveis centrais a aglomeração do reforço, a molhabilidade, a ligação interfacial, a porosidade e a possível formação de Al4C3 [11]. Pesquisas recentes demonstraram que, na mistura entre materiais à base de grafeno e alumínio em pó, a escolha do solvente e da energia de mistura altera de forma decisiva a densificação e a microdureza de compósitos Al/GO e Al/rGO: meios aquosos favoreceram a hidrólise superficial do alumínio, enquanto acetona e etanol mostraramse mais adequados; além disso, a ultrassonicação excessiva reduziu o benefício mecânico, provavelmente por fragmentar as nanofolhas [12]. 3. APLICAÇÕES NO SETOR AUTOMOTIVO As aplicações automotivas podem ser organizadas em cinco grupos, com evidências que abrangem corpos de prova, demonstradores e produção qualificada. Essa diversidade revela um campo em evolução: algumas soluções já se aproximam da cadeia produtiva, enquanto outras oferecem resultados que

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orientam as próximas etapas de desenvolvimento. 3.1. ARMAZENAMENTO DE ENERGIA E GESTÃO TÉRMICA Em baterias de íons de lítio, materiais à base de grafeno são investigados como aditivos condutores e componentes de eletrodos compósitos. Em ânodos de silício, redes de grafeno podem manter o contato elétrico e acomodar parte das deformações associadas à litiação, isto é, à inserção de íons de lítio no material ativo [13]. A arquitetura combina a elevada capacidade do silício à conectividade elétrica do grafeno. O avanço concentra-se na eficiência coulômbica inicial, relação entre carga recuperada e fornecida, na estabilidade de longo prazo e na produção em escala, objetivos que orientam eletrodos de maior capacidade e vida útil. Na gestão térmica, o grafeno pode elevar a condutividade de materiais de mudança de fase, interfaces, revestimentos e nanofluidos. Em um sistema passivo recente de grafite expandido, material de mudança de fase e revestimento de grafeno, a temperatura foi reduzida em 26% em relação a materiais convencionais, com desempenho próximo ao de soluções ativas [14]. Revisão sobre veículos elétricos também identifica resultados promissores nessas classes de materiais [15]. Pequenas frações de grafeno podem, assim, melhorar a distribuição de calor e simplificar subsistemas térmicos, cuja validação em módulos completos permitirá otimizar segurança e custo. 3.2. COMPÓSITOS ESTRUTURAIS LEVES Compósitos poliméricos são compatíveis com a escala automotiva porque podem ser processados por extrusão, injeção, moldagem e laminação. Nanoplaquetas, GO e rGO podem elevar módulo, resistência, estabilidade dimensional, condutividade e propriedades de barreira quando há boa dispersão e interação com a matriz [10]. A combinação de reforço mecânico e funções elétricas, térmicas ou de barreira em baixas concentrações é atraente para painéis, suportes, carcaças e componentes semiestruturais. O ajuste da formulação permite controlar viscosidade, anisotropia e tempo de ciclo. Compósitos de matriz de alumínio reforçados com grafeno podem combinar baixa densidade, resistência mecânica e desempenho tribológico [11]. Em sistemas distintos compilados por revisão recente, foram reportados redução de 50% na taxa de desgaste, aumento de 47% na dureza Vickers e elevação de 15% na condutividade térmica [11]. Esses efeitos decorrem de transferência de carga, refino microestrutural e restrição ao movimento de discordâncias. Em pesquisa recente um compósito Al/rGO produzido por agitação mecânica após breve sonicação apresentou aumento de 60,5% na microdureza [12]. Esses ganhos são relevantes para componentes sujeitos a desgaste e solicitações estruturais; sua reprodução depende do controle da dispersão, da porosidade e da interface. 3.3. REVESTIMENTOS, TINTAS E COMPATIBILIDADE ELETROMAGNÉTICA A elevada razão de aspecto das nanofolhas cria caminhos

Artigo tortuosos para água, oxigênio e íons quando o material está bem disperso em uma matriz polimérica. Grafeno, GO e rGO são, por isso, investigados em primers, tintas e revestimentos anticorrosivos. Em filmes condutores diretamente sobre metais, defeitos podem favorecer acoplamento galvânico; revisão recente mostra que aderência, densidade de defeitos e crescimento determinam o desempenho [16]. Esse conhecimento tem direcionado o desenvolvimento para sistemas multicamadas e compósitos poliméricos que conciliam barreira, aderência e compatibilidade com processos de pintura. A condutividade elétrica também permite desenvolver tintas antiestáticas, aquecedores resistivos e revestimentos para atenuação de interferência eletromagnética. A blindagem pode ser ampliada por redes condutoras, polarização interfacial, arquiteturas multicamadas e combinação do grafeno com fases magnéticas ou outros condutores [17]. Em veículos elétricos e conectados, essas soluções oferecem baixa massa para proteger sensores, módulos de comunicação e eletrônica de potência, especialmente quando conciliam blindagem, aderência e resistência ambiental. 3.4. LUBRIFICANTES E REDUÇÃO DE ATRITO O grafeno e seus derivados também são avaliados como aditivos para óleos lubrificantes. As nanofolhas podem alcançar a interface tribológica, reduzir o contato entre asperezas e formar um tribofilme protetor. Em óleo de motor formulado, 0,2% em massa de nanoplaquetas funcionalizadas reduziu o atrito em até 28% no regime limítrofe e 11% no elastohidrodinâmico [18]. Em ensaios veiculares, 0,1% em óleo SAE 5W-20 reduziu o consumo em 2,6% no ciclo urbano, 0,8% no rodoviário e 1,9% no combinado [20]. A funcionalização também pode melhorar a estabilidade e a adesão do filme [19]. Esses resultados posicionam os nanolubrificantes entre as aplicações automotivas mais concretas, com desenvolvimento voltado à estabilidade, filtrabilidade e compatibilidade com aditivos convencionais. 3.5. ELASTÔMEROS E PNEUS Em elastômeros, o grafeno pode atuar como reforço, agente de barreira e fase condutora. Em borracha estirenobutadieno (SBR), apenas 0,5 phr de nanoplaquetas aumentou em até 17% a densidade de ligações cruzadas, elevou a dureza Shore D de 31 para 33,4 e reduziu em até 26% a perda de massa por abrasão, sem alterar significativamente o tempo de vulcanização [21]. Pequenas concentrações podem, portanto, melhorar coxins, vedações e componentes sujeitos à abrasão. Em pneus, combinações com sílica, negro de fumo e a rede de vulcanização podem explorar sinergias entre desgaste, aderência e resistência ao rolamento. 4. PERSPECTIVAS E DESAFIOS Uma frente decisiva para ampliar a adoção é a padronização. A especificação comercial deve informar número de camadas, tamanho lateral, teor de oxigênio, defeitos, pureza, área superficial e distribuição dessas propriedades. A ISO/TS 80004-

13:2024 atualiza a terminologia [22]; a ISO/TS 21356-1:2021 orienta a caracterização estrutural de pós e dispersões [23]; e a ISO/TS 23359:2025 amplia a caracterização química [24]. A aplicação conjunta dessas normas fortalece a comunicação entre produtores, laboratórios e fornecedores automotivos, reduzindo ambiguidades e acelerando a seleção de materiais. Outra frente é relacionar quantitativamente material, processo e desempenho. Ensaios em escala de componente podem complementar os ganhos observados em corpos de prova com dados de fadiga, impacto, envelhecimento, emissões, segurança e repetibilidade. Essa abordagem cria uma linguagem comum entre pesquisa e engenharia de produto, permitindo comparar o grafeno com soluções estabelecidas por desempenho, massa, custo, durabilidade e benefício ambiental. A sustentabilidade constitui uma terceira oportunidade. Rotas que valorizam resíduos carbonosos, reduzem solventes ou diminuem a energia de processamento podem aproximar o grafeno das metas ambientais da indústria, especialmente quando avaliadas por ciclo de vida [4,9]. No Brasil, a disponibilidade de grafite oferece base para avançar da matéria-prima a produtos de maior valor. O relatório Mineral Commodity Summaries 2026 confirma a relevância do país no panorama mundial [25]. O domínio de purificação, esfoliação, funcionalização, caracterização e formulação pode transformar essa vantagem mineral em competência tecnológica para o setor automotivo. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS O grafeno e seus derivados constituem uma plataforma versátil para materiais automotivos mais leves, eficientes, funcionais e duráveis. As oportunidades mais próximas da indústria estão em formulações nas quais pequenas quantidades agregam barreira, condutividade, dissipação térmica, redução de atrito ou reforço sem exigir mudanças radicais na cadeia produtiva, como tintas, compósitos poliméricos, lubrificantes e elastômeros. Baterias de silício-grafeno, sistemas térmicos avançados e compósitos metálicos também apresentam perspectivas relevantes. Resultados como redução de 26% da temperatura, diminuição de até 28% do atrito, economia de 1,9% de combustível, redução de 26% da abrasão em SBR e aumento de 60,5% da microdureza em Al/rGO mostram que o potencial do grafeno já se expressa em ganhos mensuráveis. Padronização, controle de dispersão e interface e integração entre pesquisa e indústria serão fundamentais para converter esses avanços em soluções confiáveis e competitivas. REFERÊNCIAS [1] NOVOSELOV, K. S.; GEIM, A. K.; MOROZOV, S. V.; JIANG, D.; ZHANG, Y.; DUBONOS, S. V.; GRIGORIEVA, I. V.; FIRSOV, A. A. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, v. 306, n. 5696, p. 666–669, 2004. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1102896. [2] URADE, A. R.; LAHIRI, I.; SURESH, K. S. Graphene properties, synthesis and applications: a review. JOM, v. 75, n. 3, p. 614–630, 2023. DOI: h t t p s : / /d o i . o r g / 1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 8 3 7 - 0 2 2 - 0 5 5 0 5 - 8 .

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Artigo [3] BØGGILD, P. Research on scalable graphene faces a reproducibility gap. Nature Communications, v. 14, art. 1126, 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-36891-5. [4] ELSAYED, M. H.; ALAKBARI, F. S.; ABD EL-HALEEM, L. E.; ZENTOU, H.; SABER, A. F.; HOQUE, B.; ABDELNABY, M. M. Graphene materials at scale: synthesis routes, market and techno-economic landscape, and net-zero applications. Sustainable Materials and Technologies, v. 48, art. e01966, 2026. DOI: https://doi.org/10.1016/j.susmat.2026.e01966. [5] QAMAR, S.; RAMZAN, N.; ALEEM, W. Graphene dispersion, functionalization techniques and applications: a review. Synthetic Metals, v. 307, art. 117697, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2024.117697. [6] BORANE, N.; BODDULA, R.; ODEDARA, N.; SINGH, J.; ANDHE, M.; PATEL, R. Comprehensive review on synthetic methods and functionalization of graphene oxide: emerging applications. Nano-Structures & Nano-Objects, v. 39, art. 101282, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2024.101282. [7] MOMBESHORA, E. T.; MUCHUWENI, E. Dynamics of reduced graphene oxide: synthesis and structural models. RSC Advances, v. 13, p. 17633–17655, 2023. DOI: https://doi.org/10.1039/D3RA02098C. [8] NAM, J.; YANG, J.; ZHAO, Y.; KIM, K. S. Chemical vapor deposition of graphene and its characterizations and applications. Current Applied Physics, v. 61, p. 55–70, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cap.2024.02.010. [9] HOSNY, M.; ELBAY, A. S.; ABDELFATAH, A. M.; ELMAGHRABI, N.; FAWZY, M. Recent trends in transforming different waste materials into graphene via flash Joule heating. Environmental Research, v. 270, art. 121033, 2025. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.121033. [10] ALI, Z.; YAQOOB, S.; YU, J.; D’AMORE, A.; FAKHARE-ALAM, M. A comparative review of processing methods for graphene-based hybrid filler polymer composites and enhanced mechanical, thermal, and electrical properties. Journal of King Saud University – Science, v. 36, art. 103457, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jksus.2024.103457. [11] ZHOU, T.; LEI, M.; XU, J. Recent progress in the development and properties of aluminum matrix composites reinforced with graphene: a review. Materials Today Sustainability, v. 25, art. 100674, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2024.100674. [12] GONÇALVES, R. L. P.; LAZAR, D.; FARIA, R. N.; CUBI, R. E.; ROBERTO, S. Jr.; PERES, L. S.; MASSI, M.; COUTO, A. A. Aluminum composites with graphene oxide: comparing liquid-phase mixing methods. Materials Research, v. 29, art. e20250740, 2026. DOI: https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2025-0740. [13] RESLAN, J.; SAADAOUI, M.; DJENIZIAN, T. Synthesis and structural design of graphene, silicon and silicon-based materials including incorporation of graphene as anode to improve electrochemical performance in lithium-ion batteries. Advanced Materials Interfaces, v. 11, n. 19, art. 2301062, 2024. DOI: https://doi.org/10.1002/admi.202301062. [14] WANG, J.-X.; MAO, Y.; MILJKOVIC, N. Nanoenhanced graphite/phase change material/graphene

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DA BANCADA AO ESCALONAMENTO: AMPLIAÇÃO DA PONTE ENTRE PESQUISA E PRODUÇÃO DE ÓXIDO DE GRAFENO Artigo

PLANTA-PILOTO DE ÓXIDO DE GRAFENO CONSOLIDA UMA DÉCADA DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO E CRIA OPORTUNIDADES PARA ESCALONAMENTO, DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÕES E TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIA.

ransformar conhecimento científico em soluções capazes de alcançar o mercado é um dos grandes desafios enfrentados por institutos de pesquisa e empresas envolvidas no desenvolvimento de novas tecnologias. No campo do grafeno e de seus derivados, essa transição exige mais do que demonstrar, em laboratório, a viabilidade técnica de uma solução. É necessário avançar em maturidade tecnológica, capacidade produtiva, controle de processo, repetibilidade, qualidade e eficiência, criando condições para que os resultados obtidos em escala laboratorial possam evoluir para aplicações em condições cada vez mais próximas da realidade industrial. É nesse contexto que se insere a planta-piloto de produção de óxido de grafeno (GO- Graphene Oxide) do Instituto Mackenzie de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias (MackGraphe). Com aproximadamente 82 m² e capacidade nominal de produção inicial de até 4 kg de óxido de grafeno por mês, a unidade representa uma nova etapa na trajetória do Instituto e materializa uma estratégia de aproximação entre a excelência científica construída em laboratório e as demandas do setor produtivo. Mais do que uma nova infraestrutura, a planta é resultado do amadurecimento do MackGraphe ao longo de seus primeiros dez anos. Nesse período, o Instituto consolidou competências científicas relacionadas ao grafeno e às nanotecnologias e ampliou progressivamente sua atuação em direção à inovação aplicada e à transferência de tecnologia. A planta-piloto nasce dessa evolução e da necessidade de criar uma ponte entre conhecimento científico, escalonamento de processos e aplicação industrial Entre uma prova de conceito desenvolvida em laboratório e uma solução efetivamente utilizada pela indústria existe uma trajetória de amadurecimento tecnológico. Essa constatação contribuiu para a consolidação, no MackGraphe, de uma visão transversal de Produção e Processo, orientada a apoiar a transformação das tecnologias desenvolvidas pelas diferentes frentes de pesquisa do Instituto em soluções progressivamente mais maduras e próximas das condições reais de aplicação. Essa visão combina três elementos: maturidade tecno-

lógica, escalonamento e validação em escala piloto. A maturidade pode ser acompanhada pela evolução dos níveis de TRL (Technology Readiness Level), criando condições para que conhecimentos e provas de conceito consolidados em laboratório avancem para níveis superiores de desenvolvimento. O escalonamento, por sua vez, não significa simplesmente produzir uma quantidade maior. Significa aumentar a capacidade preservando as características relevantes do material e desenvolvendo um processo controlado, com baixa variabilidade, padronizado e eficiente. As plantas-piloto ocupam justamente o espaço intermediário entre esses dois ambientes, permitindo validar processos, equipamentos e tecnologias em condições mais representativas antes de uma futura implementação industrial. No caso do GO, a planta teve origem em uma rota de síntese desenvolvida e estudada pelos pesquisadores do MackGraphe em escala de bancada e posteriormente protegida por propriedade intelectual. Uma vez demonstrada sua viabilidade técnica, o desafio passou a ser transformar o procedimento laboratorial em uma rota de produção capaz de sustentar o aumento de escala. Nesse processo, o domínio da síntese e o conhecimento acumulado sobre suas variáveis críticas e a necessidade de condições controladas mostraram-se fundamentais para orientar o processo de escalonamento. Essa questão é particularmente importante em nanotecnologia, uma vez que alterações nas condições de produção podem modificar as propriedades do nanomaterial e, consequentemente, seu desempenho nas aplicações. Esse é um ponto crítico do processo: uma rota ineficiente não se torna eficiente simplesmente porque foi ampliada. Escalar um processo não otimizado significa também ampliar suas perdas, variabilidades e custos. Por isso, o desenvolvimento e a otimização da rota precisam anteceder e acompanhar o aumento da capacidade produtiva. A experiência do MackGraphe pode, assim, ser compreendida como uma trajetória estruturada em quatro etapas: prova de conceito; rota de produção; planta-piloto; e otimização para produção semi-industrial, conforme apresentado na Figura 1.

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Figura 1 – Trajetória de escalonamento da produção de óxido de grafeno.

O processo começa com a validação da viabilidade técnica em laboratório e avança para uma rota de produção na qual são estabelecidos parâmetros e condições adequadas ao aumento de escala. Com esse propósito, a planta-piloto exigiu a integração de equipamentos de automação e controle, de forma a permitir a ampliação da capacidade produtiva e avaliar aspectos como qualidade, repetibilidade, variabilidade, eficiência operacional e custos. Finalmente, foi levado a efeito um processo sistematizado de otimização da planta para produção em escala semi-industrial. Nessa etapa, um dos principais desafios foi a redução dos custos associados à geração e ao tratamento de resíduos e o processo de automação das operações para reduzir ao máximo ações manuais. Mais do que uma sequência de aumentos de escala, essa trajetória representa um processo contínuo de redução de incertezas e aumento da maturidade tecnológica. À medida que operações conduzidas manualmente em laboratório são transferidas para escalas maiores, tornam-se fundamentais a identificação e o controle dos parâmetros críticos, a redu-

ção da variabilidade e o aumento da eficiência operacional. A planta-piloto desenvolvida foi projetada a partir da consolidação da rota de produção e da definição da capacidade necessária para avançar no desenvolvimento de aplicações. A unidade possui capacidade nominal de até 4 kg de óxido de grafeno por mês, podendo disponibilizar o material na forma de dispersão aquosa e em concentrações adequadas às necessidades das aplicações em desenvolvimento. A relevância da planta-piloto de óxido de grafeno do MackGraphe vai além de sua capacidade nominal. Seu principal diferencial está na integração entre conhecimento científico, domínio da rota tecnológica, engenharia de processo, caracterização e desenvolvimento de aplicações. O aumento de escala é acompanhado por uma abordagem orientada à qualidade, repetibilidade e controle da variabilidade. A progressiva automação das etapas críticas permite reduzir intervenções manuais, monitorar parâmetros e estabelecer condições mais controladas de produção. A infraestrutura de excelência de caracterização disponível no MackGraphe complementa essa capacidade por meio de técnicas como microscopia eletrônica, microscopia de força atômica e espectroscopia de fotoelétrons

Figura 2 – Caracterização morfológica e da espessura dos flakes de óxido de grafeno produzidos na planta-piloto.

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excitados por raios X (XPS), possibilitando relacionar as condições de processamento às características morfológicas, estruturais e químicas do GO. O objetivo é estabelecer uma relação cada vez mais consistente entre processo, qualidade do material e desempenho na aplicação. Outro diferencial a ser destacado está na própria escala de operação. A disponibilidade de GO em volumes superiores aos normalmente obtidos em laboratório permite avançar de produções meramente laboratoriais, para escala semi-industrial, por permitir testes por lotes de mercado, etapa fundamental para avaliar o desempenho da tecnologia em condições mais próximas da realidade produtiva. Além da quantidade necessária para essas validações, a planta busca assegurar um material com qualidade e repetibilidade controladas, associadas a uma maior previsibilidade dos custos de produção, reduzindo incertezas associadas à incorporação do GO em novos produtos e processos. A manutenção das características do material após o escalonamento pode ser observada na morfologia e na espessura dos flakes de GO obtidos na planta-piloto, conforme apresentado na Figura 2.

De um lado, os conhecimentos e tecnologias originados nas atividades de pesquisa permitem avançar progressivamente em direção ao mercado, em um movimento de technology push. De outro, problemas e demandas apresentados pelas empresas podem estimular novas pesquisas e soluções, caracterizando o market pull. A Figura 3 ilustra esses dois movimentos e a posição da planta-piloto como elemento de conexão entre pesquisa, tecnologia e mercado.

Ao mesmo tempo, produtividade, consumo de recursos, geração de resíduos, tempos de processamento e utilização dos equipamentos podem ser avaliados juntaFigura 3 – Integração entre technology push e market pull mediada mente com a qualidade do material. Dessa forma, o escapela planta-piloto do MackGraphe. lonamento incorpora aspectos de eficiência operacional, custos e sustentabilidade, buscando um processo proOs dois movimentos são complementares: enquangressivamente mais eficiente, controlado e competitivo. to a ciência cria possibilidades de aplicação, as necesIsso reduz a barreira de entrada para empresas nasidades do mercado direcionam novos desafios ciencionais interessadas em explorar aplicações do grafeno, tíficos e tecnológicos. A planta-piloto ocupa uma permitindo concentrar os esforços iniciais no desenposição estratégica nessa interface porque permite provolvimento e na validação da aplicação, em vez de investir antecipadamente na implantação de uma rota própria de produção do nanomaterial. Nesse sentido, é fundamental a garantia de fornecimento do insumo com a qualidade assegurada pela padronização de lotes. Nesse sentido, a proposta da planta-piloto vai além da produção de óxido de grafeno. A infraestrutura cria condições para o codesenvolvimento de soluções com empresas, conectando desafios reais do setor produtivo às competências científicas, tecnológicas e de engenharia do MackGraphe. Além disso, cria as devidas condições de fornecimento do insumo para aplicações industriais de desenvolvimento de produtos. A partir de um problema, produto, material ou oportunidade de inovação apresentado por uma empresa, torna-se possível desenvolver conjuntamente a solução, produzir GO em quantidade compatível com a etapa de desenvolvimento, caracterizar o material, produzir protótipos e validar seu desempenho em condições progressivamente mais próximas da aplicação real. Figura 4 – Dimensões da Agenda de Inovação do MackGraphe para atividades de pesquisa, desenvolvimento e inovação (PD&I).

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duzir, testar, adaptar e validar tecnologias em uma escala intermediária entre a pesquisa e a aplicação. À medida que uma nova tecnologia se aproxima da aplicação industrial, seu mérito científico continua sendo fundamental, mas deixa de ser o único critério de avaliação. Dimensões como aderência aos processos industriais, viabilidade operacional, escalabilidade, sustentabilidade, custos e potencial de geração de valor tornam-se igualmente relevantes. Essa interação está alinhada à visão mais ampla da Agenda de Inovação do MackGraphe, que considera quatro dimensões nas atividades de PD&I, conforme apresentado na Figura 4.

como uma plataforma de redução de incertezas tecnológicas e operacionais, criando condições para diferentes estratégias de transferência de tecnologia, licenciamento, codesenvolvimento e implementação industrial Por fim, a implantação da planta-piloto, apresentada na Figura 5, ocorre em um momento significativo da trajetória do MackGraphe: a consolidação de seus primeiros dez anos de atividades. Se essa primeira década permitiu construir uma sólida base científica em grafeno e nanotecnologias, a nova etapa amplia o desafio de transformar conhecimento científico em tecnologias cada vez mais maduras, escaláveis e conectadas às necessidades da sociedade e da indústria.

A planta-piloto cria condições para avaliar essas dimensões antes dos investimentos necessários à produção em maior escala. Nesse sentido, pode funcionar

Nesse contexto, a planta de GO representa mais do que uma infraestrutura destinada à produção de um nanomaterial. Ela constitui um primeiro grande demonstrador da visão de que é possível transformar o conhecimento em inovação, considerando aspectos de engenharia de produção e de processos, cujos conhecimentos consolidados no presente caso serão capazes de apoiar transversalmente o desenvolvimento de outras novas tecnologias no Instituto. O conhecimento gerado em escalonamento, automação, engenharia de processo, controle da variabilidade, qualidade, eficiência operacional e transferência tecnológica poderá contribuir também para o desenvolvimento de outras nanotecnologias e processos. A planta-piloto representa, assim, uma ponte entre dois ambientes que precisam estar cada vez mais próximos: o laboratório, onde novas possibilidades são descobertas, e a indústria, onde essas possibilidades podem se transformar em inovação.

Figura 5 – Planta-piloto de produção de óxido de grafeno do MackGraphe.

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GRAFENO RUMO À ESCALA INDUSTRIAL: EVIDÊNCIAS E UMA ESTRUTURA CONCEITUAL DE GÊMEOS DIGITAIS PARA FABRICAÇÃO, SENSORIAMENTO E INTEGRIDADE DE VÁLVULAS DE CONTROLE

RESUMO Este artigo analisa criticamente como gêmeos digitais, modelos orientados por dados e automação experimental podem apoiar a fabricação e o escalonamento do grafeno e de materiais relacionados. Adota-se uma definição operacional baseada em entidade-alvo, representação digital, conexão de dados, regime de atualização, caso de uso, validação e incerteza. A literatura selecionada demonstra avanços laboratoriais em grafeno induzido a laser, grafeno epitaxial sobre carbeto de silício (SiC), grafeno flash e materiais bidimensionais, mas não sustenta implantação industrial integrada. Um sensor baseado em sistema microeletromecânico (microelectromechanical system — MEMS), com diafragma compósito de grafeno de poucas camadas e nitreto de silício, demonstra um princípio físico, sem equivaler a transmissor industrial qualificado. Para válvulas de controle, foi localizada evidência adjacente em corpos de prova de um revestimento WC–Cr3C2–Ni modificado com óxido de grafeno, submetido a ensaios de cavitação e corrosão; não foi localizada validação em sede, obturador, haste, guia, vedação ou outros internos de uma válvula industrial. Como contribuição, propõe-se uma estrutura conceitual cíclica que conecta processo físico, cadeia metrológica, estimação, previsão, decisão, retorno e validação contínua. A estrutura distingue resultado demonstrado, evidência adjacente, analogia e hipótese e converte as lacunas em critérios de validação metrológica, dinâmica, tribológica, tecnoeconômica e de segurança. Palavras-chave: grafeno; gêmeo digital; engenharia de processos; instrumentação industrial; escalonamento; integridade de ativos.

1. INTRODUÇÃO grafeno e os materiais relacionados ao grafeno reúnem propriedades que justificam interesse científico e tecnológico em eletrônica, energia, sensores e compósitos. A transição entre resultados de bancada e aplicações industriais, contudo, depende da capacidade de produzir materiais com atributos definidos, reprodutibilidade, produtividade e custo compatíveis com o uso pretendido. Sob essa perspectiva, o desafio não é exclusivamente de ciência dos materiais: envolve projeto de reatores, fenômenos de transporte, separação, caracterização, metrologia, controle, segurança e avaliação econômica. Para fins deste artigo, grafeno designa o material constituído por uma única camada de átomos de carbono; grafeno de poucas camadas (few-layer graphene), óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO) são tratados como materiais relacionados. Grafeno induzido por laser (laser-induced graphene — LIG) e grafeno flash mantêm as denominações adotadas nas fontes primárias, sem serem considerados automaticamente equivalentes ao grafeno monocamada com baixa densidade de defeitos. O dissulfeto de molibdênio (MoS2) é outro material bidimensional e aparece somente como analogia de engenharia de reatores (INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION, 2024). Rotas frequentemente reunidas sob a expressão “produção de grafeno” geram produtos distintos. A deposição química de vapor é associada a filmes; a esfoliação em fase líquida produz dispersões de flocos e materiais de poucas camadas; a oxidação do grafite seguida de esfoliação produz GO, cuja redução parcial gera rGO com oxigênio residual e defeitos estruturais; o aquecimento Joule ultrarrápido pode produzir material com empilhamento turbostrático; e a grafitização a laser de substratos carbonáceos gera LIG. Escala, qualidade e desempenho só podem ser comparados depois de especificado o produto (STAFFORD et al., 2018; SATTARI et al., 2023; ANI et al., 2026).

Em paralelo, modelos digitais, aprendizado de máquina (machine learning – ML) e automação experimental passaram a apoiar a exploração de espaços de operação e a previsão de atributos. Neste artigo, porém, gêmeo digital não é sinônimo de qualquer simulação ou algoritmo. O conceito exerce função integradora: relaciona uma entidade física identificada — reator, etapa de fabricação, elemento sensor ou região funcional de uma válvula — a uma representação atualizada por dados e orientada a um caso de uso verificável. O fio condutor parte da fabricação, na qual condições de processo determinam estrutura e propriedades; passa pela instrumentação, que converte fenômenos físicos em dados rastreáveis; alcança modelos capazes de diagnosticar, prever ou apoiar decisões; e retorna à qualidade, ao controle e à integridade do ativo. Com esse encadeamento, o grafeno aparece em dois papéis: objeto de fabricação orientada por dados e material funcional em elementos sensores ou superfícies de engenharia. A primeira função possui demonstrações laboratoriais; a segunda exige separar sensores comprovados de transmissores ainda não qualificados e diferenciar evidência adjacente em corpos de prova da validação específica de materiais em válvulas de controle industriais. Este artigo tem como objetivo avaliar em que medida gêmeos digitais e abordagens orientadas por dados podem apoiar a fabricação e o escalonamento desses materiais e propor uma estrutura que conecte processo, cadeia metrológica, modelos, decisão e integridade. Três perguntas orientam a discussão: quais critérios distinguem modelo digital, sombra digital e gêmeo digital; quais evidências sustentam sua aplicação na fabricação, no sensoriamento e na integridade; e quais etapas de validação são necessárias para avançar do laboratório à aplicação industrial? 2.

ABORDAGEM METODOLÓGICA E ESCOPO O trabalho foi estruturado como artigo de perspectiva técnico-

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Artigo -científica, sustentado por revisão narrativa dirigida, e não como revisão sistemática. O corpus bibliográfico foi consolidado até 29 de agosto de 2026 e reuniu publicações científicas submetidas à revisão por pares, cujos metadados foram conferidos em páginas oficiais dos periódicos e em registros de identificador de objeto digital (digital object identifier — DOI), além de normas e documentos institucionais primários. A seleção empregou termos de busca em inglês relacionados a graphene, laser-induced graphene, flash graphene, liquid exfoliation, digital twin, scientific machine learning, autonomous growth, MEMS flow sensor, instrumentation, control valve, coating, cavitation erosion, corrosion e tribology. Foram incluídos trabalhos que contribuíssem diretamente para pelo menos um dos seguintes eixos: escalonamento da produção; modelagem orientada por dados; automação experimental; sensoriamento baseado em grafeno; terminologia de gêmeos digitais; simbologia e identificação da instrumentação; ou limitações tribológicas e de corrosão. Cada abordagem digital foi analisada considerando a entidade-alvo, os dados de entrada, a representação utilizada, o regime de atualização, as saídas ou decisões produzidas, os procedimentos de validação e os limites de generalização. Documentos corporativos foram admitidos apenas para registrar nomenclatura técnica ou declarações da própria organização; não foram usados para sustentar conclusões científicas. A seleção não é exaustiva, e essa limitação deve ser considerada na interpretação dos resultados.

nos de transporte, o histórico térmico e os atributos do produto. A comparação entre rotas deve considerar a forma do produto, o número de camadas, a distribuição de tamanho, os defeitos, a pureza, o rendimento, a produtividade, o consumo de energia e as operações de separação. A escala deve ser expressa conforme o produto: área por tempo e rendimento de transferência para filmes obtidos por deposição química de vapor (chemical vapor deposition — CVD); massa seca por tempo, concentração, distribuição de camadas e recuperação de solvente na esfoliação; consumo de reagentes, água de lavagem, oxigênio residual e rendimento após secagem para GO/rGO; massa por pulso, energia específica e variabilidade da matéria-prima para aquecimento Joule; e área processada por tempo, rendimento de dispositivos e desempenho funcional para LIG. Uma única métrica de “produção” não permite comparar adequadamente essas rotas (STAFFORD et al., 2018; BAE et al., 2010; ANI et al., 2026). Para um gêmeo digital de processo, a entidade e o volume de controle precisam ser definidos antes da elaboração do modelo. Balanços de massa de carbono e solventes, balanço de energia, gradientes térmicos, fenômenos de transporte, tempo de residência, histórico de processamento do lote e correntes residuais fornecem a base física para relacionar parâmetros críticos de processo a atributos críticos de qualidade. Dados sem unidade, posição, referência temporal, rastreabilidade e domínio operacional podem produzir boa correlação interna e, ainda assim, falhar na transferência de escala. A Figura 1 sintetiza as rotas sem sugerir equivalência entre os produtos.

3. PRODUÇÃO DE GRAFENO E MATERIAIS RELACIONADOS: O PROBLEMA DE ENGENHARIA DE PROCESSOS Stafford et al. (2018) analisaram o escalonamento da esfoliação líquida não oxidativa sob a ótica de mistura, energia e produtividade. Sattari et al. (2023) desenvolveram uma estrutura conceitual de aprendizado de máquina científico para flash graphene, combinando variáveis experimentais diretas com variáveis indiretas derivadas de corrente e temperatura. Ani et al. (2026) organizaram rotas convencionais e emergentes de síntese a partir de uma perspectiva orientada a reatores. Em conjunto, esses trabalhos mostram que o escalonamento requer Figura � — Rotas selecionadas de fabricação de grafeno e materiais relacionados: produtos, variáveis de processo mais do que o aumento e limitações. de volume: exige relaFonte: elaborado pelo autor a partir de Stafford et al. (2018), Sattari et al. (2023), Santos-Ceballos cionar a configuração et al. (2024) e Ani et al. (2026). do reator, os fenômeO esquema é qualitativo e não estabelece superioridade econômica ou tecnológica.

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Rota

Meio / Produto preconfigudominante ração

CVD

Filme de grafeno

Variáveis críticas Caracterização

T, fluxo, compofase vapor sição, pressão, /substrato substrato

Desafio

cobertura, grão, ca- uniformidade revisão + estumadas, resistência e transferêndo primário de folha cia produtividade, camadas, tamanho revisão separação, lateral, defeitos solvente

dispersão / líquido e energia, solvente, poucas camamistura concentração das Oxidação – GO / rGO; reação, reagentes, T, esfoliação O residual e lavagem e O/C, defeitos, área tempo – redução defeitos redução Aquecidescarga matéria-prima, rendimento Raman grafeno flash mento Joueletrotér- densidade, pulso, e estrutura turbostrático mica atmosfera, T le rápido substrato, potência, morfologia, condurede carbonálaser CO2 foco, velocidade, tividade, resistência LIG cea porosa e / poliimida fluência de folha grafítica Esfoliação líquida

Evidência

Tabela � — Critérios técnicos de comparação entre rotas de fabricação. Fonte: Fonte: elaborado pelo autor a partir das referências indicadas. A Tabela 1 organiza as dimensões que precisam ser declaradas em qualquer comparação de escalonamento.

4. GÊMEO DIGITAL: DEFINIÇÃO OPERACIONAL E FUNÇÃO INTEGRADORA NA ENGENHARIA DE PROCESSOS A avaliação dessas aplicações exige critério mais rigoroso do que a simples existência de um modelo computacional. A ISO/IEC 30173:2023 organiza conceitos e terminologia gerais; a ISO 232471:2021 apresenta princípios para manufatura; e revisões voltadas à indústria química ressaltam implementação, aprendizado durante a operação e avaliação de incerteza (MANE et al., 2024; REBELLO; NOGUEIRA, 2025). Considera-se aqui gêmeo digital uma configuração orientada a um caso de uso na qual uma entidade identificada possui representação digital, conexão rastreável com dados do sistema físico, regime de atualização declarado e validação compatível com a decisão pretendida. Jones et al. (2020) incluem as entidades física e virtual, a metrologia, o estado, as conexões do físico para o virtual e do virtual para o físico e a taxa de sincronização. Essa taxa deve ser compatível com a dinâmica e com a decisão: pode acompanhar o ciclo da malha regulatória de vazão, cada amostra ou campanha de produção de LIG, cada ciclo de crescimento, caracterização Raman e atualização do modelo no processo autônomo e cada evento, manobra ou inspeção relacionada à integridade de válvulas. “Tempo real” não é requisito genérico; frequência, latência e validade devem ser declaradas para o caso de uso. Na classificação estrita de Kritzinger et al. (2018), um modelo digital não possui troca automática de dados com a entidade física; a sombra digital automatiza o fluxo físico–digital; e o gêmeo digital possui troca automática bidirecional. A definição operacional mais ampla adotada neste artigo admite retorno mediado por operador como parte de um sistema de gêmeo digital, desde que autoridade, latência, rastreabilidade e validação sejam declaradas. Por isso, a topologia de conexão e a configuração do sistema são reportadas separadamente; a taxonomia não é tratada como definição normativa universal nem como sequência obrigatória de maturidade.

Referência Ani et al. (2026); Bae et al. (2010) Stafford et al. (2018)

efluentes e variabilidade

revisão

Ani et al. (2026)

energia e variabilidade

laboratório + ML

Sattari et al. (2023)

modelo deno- Santos-Cegeneralização minado gêmeo ballos et al. e escala areal pelos autores (2024)

No contexto da Engenharia Química, a entidade física pode ser um reator CVD, um processo de grafitização a laser, uma descarga de aquecimento Joule, um elemento sensor ou uma válvula. A representação digital pode combinar balanços, fenômenos de transporte, dinâmica dos fluidos computacional (computational fluid dynamics — CFD), relações empíricas, modelos de aprendizado de máquina e histórico de degradação. A conexão depende da metrologia: temperatura, vazão, pressão, potência, espectros Raman, resistência elétrica, posição da haste, vibração ou vazamento só se tornam entradas úteis quando possuem contexto, unidade, qualidade, referência temporal e rastreabilidade. A finalidade do gêmeo digital não é a representação gráfica em si, mas a prestação de um serviço verificável de diagnóstico, previsão, otimização, controle ou apoio à manutenção. Em processos dinâmicos, a integração físico-digital deve permitir estimar estados ou parâmetros não medidos, prever sua evolução diante de ações de controle e perturbações e monitorar os resíduos entre os valores previstos e os medidos no processo. Reconciliação dinâmica de dados, estimação por horizonte móvel, controle preditivo e otimização podem implementar esse ciclo (HEDENGREN et al., 2014); isoladamente, porém, não convertem um modelo em gêmeo digital. Essa definição relaciona as demais seções: os processos e atributos da Seção 3 delimitam o que deve ser representado; as evidências da Seção 5 mostram diferentes fluxos entre experimento, dados e modelo; a instrumentação da Seção 6 estabelece observação e atuação; a Seção 7 decompõe a válvula em regiões e mecanismos; e a estrutura da Seção 8 fecha o ciclo entre fabricação, observabilidade, decisão e integridade. A Figura 2 resume os critérios e confronta quatro evidências. A topologia é classificada pelo fluxo automático efetivamente demonstrado; o retorno tracejado representa a definição operacional mais ampla do sistema e pode corresponder a recomendação humana, novo experimento, mudança de valor de referência ou plano de manutenção, com grau de automação explicitado. 5. EVIDÊNCIAS DE FABRICAÇÃO ORIENTADA POR DA-

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Figura � — Definição operacional, topologias de conexão e leitura crítica das evidências selecionadas. Fonte: elaboração própria a partir de ISO/IEC 30173:2023, ISO 23247-1:2021, Kritzinger et al. (2018), Jones et al. (2020) e dos estudos indicados no painel B. Nota: no painel de topologias, modelo, sombra e gêmeo seguem a classificação estrita de Kritzinger et al. (2018), na qual o gêmeo possui troca automática bidirecional. A definição operacional do sistema, apresentada acima, pode incluir retorno mediado por operador, desde que esse modo seja declarado. DOS: O QUE JÁ FOI DEMONSTRADO O painel B da Figura 2 organiza criticamente material, entidade física, dados, representação, atualização e saída. Também separa evidência direta para grafeno ou material relacionado, analogia com outro material bidimensional e interpretação deste artigo, pois desempenho preditivo, automação de bancada e acoplamento físico–digital respondem a questões distintas. Santos-Ceballos et al. (2024) fabricaram 648 linhas retas, com dimensões de 6 × 0,6 mm, em um filme comercial de poliimida, empregando diferentes combinações de potência, velocidade e frequência do laser. Os modelos classificaram as amostras como condutivas ou não condutivas, adotando o limiar de 500 kΩ, com acurácia de 96,9% em 64 observações de teste; classificaram as amostras em três classes morfológicas, com acurácia de 88,9% em 20 observações; e obtiveram coeficiente de determinação (R²) de 0,91 para a resistência de folha em 17 amostras de teste com valores inferiores a 4 kΩ/□ (quilo-

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-ohms por quadrado). Os resultados constituem validação interna no equipamento, substrato e domínio estudados e apresentam potencial para reduzir ensaios preliminares, mas não demonstram validação externa entre diferentes sistemas laser ou substratos. Sabattini et al. (2025) otimizaram o crescimento de grafeno epitaxial sobre SiC por decomposição térmica em reator de paredes frias (cold-wall), sob atmosfera inerte e sem precursor gasoso de carbono. Uma rede neural treinada por um método de aprendizagem ativa baseado em Monte Carlo adaptativo propôs protocolos, avaliados principalmente pela intensidade e pela largura à meia altura da banda 2D do espectro Raman; microscopia de força atômica (atomic force microscopy — AFM), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (X-ray photoelectron spectroscopy — XPS) e espectroscopia de fotoemissão resolvida em ângulo (angle-resolved photoemission spectroscopy — ARPES) forneceram validação complementar. O ciclo autônomo de otimização é uma prova de conceito, mas não

Artigo demonstra, por si, representação digital persistente ou sincronização contínua durante a operação. Sattari et al. (2023) construíram uma estrutura de aprendizado de máquina científico para 173 reações de aquecimento Joule rápido com quatro matérias-primas carbonáceas. A saída foi o rendimento de grafeno flash estimado por mapeamento Raman, e não o rendimento mássico determinado por balanço de massa. Variáveis diretas, características elétricas e temperatura simulada produziram R² médio de 0,81 ± 0,05 e raiz do erro quadrático médio (root mean square error — RMSE) de 12,1% ± 2,0%. Sem sincronização contínua com um ativo físico, a classificação conservadora é a de modelo científico híbrido. Sinha et al. (2025) desenvolveram um modelo multifísico tridimensional de um reator de deposição química de vapor à pressão atmosférica (atmospheric-pressure chemical vapor deposition — AP-CVD) de três zonas para MoS2. Uma cavidade no suporte criou uma região de velocidade quase nula e menor fluxo do precursor metálico; a menor densidade de nucleação nessa região foi verificada experimentalmente por microscopia eletrônica. O modelo também distinguiu a temperatura programada, a temperatura do ambiente do reator e a temperatura do substrato. Geometria, transporte e defasagem térmica constituem analogias úteis para a engenharia de reatores, mas a cinética e a química de nucleação do MoS2 não são transferíveis ao grafeno, e não foi demonstrada sincronização operacional contínua. Em conjunto, os estudos mostram modelos que reduzem o espaço experimental, ciclos autônomos que usam caracterização como realimentação e representações multifísicas que relacionam geometria e transporte à síntese. Faltam validação externa, séries temporais de produção, governança de dados, tratamento sistemático de incerteza, integração com controle e demonstrações piloto. Portanto, eles sustentam uma progressão de pesquisa, não a existência de gêmeos digitais industriais maduros. A atualização do estado digital depende da cadeia metrológica: elemento sensor, condicionamento, transmissão, identificação funcional, contexto temporal e ação. A Seção 6 explicita como uma grandeza física pode tornar-se dado rastreável e retornar ao processo como decisão. 6. GRAFENO COMO ELEMENTO SENSOR E A FRONTEIRA COM A INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL Wang, Wang e Dong (2018) demonstraram um sensor miniaturizado de velocidade do ar baseado em sistema microeletromecânico (microelectromechanical system — MEMS), com diafragma compósito suspenso formado por grafeno de poucas camadas, com aproximadamente 1 nm de espessura, e nitreto de silício (Si3N4), contendo matrizes de microfuros. A faixa experimental foi de 5 a 56 m/s. O estudo demonstra o princípio piezoresistivo em laboratório; não mede diretamente vazão volumétrica ou mássica de processo e não demonstra transmissor industrial nem adequação a gás precursor de CVD. Essa distinção é importante. Um elemento sensor converte uma grandeza física em resposta observável. Um transmissor industrial normalmente incorpora condicionamento, calibração, interface de saída, alimentação, invólucro e requisitos de instalação e confiabilidade. Não foram demonstradas, no estudo citado, qualificação para agentes químicos, vibração, temperatura de processo, deriva prolongada, manutenção ou certificação para atmosferas classificadas.

Para ilustrar medição e atuação em processo com alimentação gasosa, adota-se na Figura 3 um reator CVD genérico de grafeno. O diagrama não representa o crescimento por decomposição térmica de SiC de Sabattini et al. (2025), nem reproduz a instalação de MoS2 de Sinha et al. (2025). Segundo a International Society of Automation (ISA, 2024), símbolos e identificação funcional devem permitir reconhecer as funções representadas. Na Figura 3, FE-101 identifica o elemento primário; FT-101, o transmissor; FIC-101, a indicação e o controle no sistema digital de controle distribuído (SDCD; distributed control system — DCS); FY-101, a conversão corrente–pressão; e FV-101, a válvula de controle. A identificação funcional não comprova desempenho metrológico, qualificação industrial ou maturidade tecnológica. A Figura 3 apresenta um fragmento original de diagrama de tubulação e instrumentação (piping and instrumentation diagram — P&ID) para a malha de controle de vazão do gás precursor. O desenho reúne tubulação de processo, placa de orifício, tomadas de pressão, transmissor de campo, função de controle no DCS/SDCD, conversor corrente–pressão (I/P), atuador pneumático e válvula globo. A arquitetura é conceitual e não define diâmetro de tubulação, materiais, classe de pressão, condição de falha ou detalhes construtivos de uma instalação específica.

Figura 3 — Fragmento de P&ID da malha de controle de vazão do gás precursor para um reator CVD. Fonte: elaboração própria, com identificação e simbologia baseadas na ANSI/ISA-5.1-2024 (INTERNATIONAL SOCIETY OF AUTOMATION, 2024). Nota: o diagrama representa uma arquitetura conceitual de controle. Diâmetros, materiais, classes de pressão, condições de falha e detalhes de instalação dependem do projeto específico. Na arquitetura do gêmeo digital, FE-101 e FT-101 observam a entidade física; FIC-101 executa a regulação básica; FY-101 converte o sinal; e FV-101 atua sobre a vazão. Uma camada de aquisição e persistência, como um historiador de processo, acompanhada de carimbo de tempo, contexto metrológico e rastreabilidade, permitiria atualizar o estado digital. A Figura 3 mostra infraestrutura de medição e atuação, não um gêmeo digital completo. No fragmento, a vazão na linha é a variável controlada e a abertura da FV-101 é a variável manipulada. Uma placa de orifício produz diferencial de pressão; a inferência de vazão requer extração de raiz quadrada e, para vazão mássica ou molar, compensação adequada de pressão, temperatura e composição. O FT-101 transmite o sinal correspondente à vazão inferida a partir do diferencial de pressão medido na linha, não ao fluxo local sobre o substrato, que depende da geometria, dos fenômenos de transporte e das condições locais e deve ser estimado pelo modelo. O P&ID representa a malha regulatória básica implementada no sistema básico de controle de processo (basic process control system — BPCS). O FIC-101 mantém a vazão, enquanto a camada de gêmeo digital permanece supervisória: estima estados ou atributos de qualidade, diagnostica condições e pode propor valores de referência, mas não substitui o BPCS nem o sistema instrumentado de segurança (safety instrumented system — SIS). Ações oriundas da camada digital devem permanecer subordinadas aos limites operacionais e aos permissivos definidos para o processo. Intertravamentos operacionais devem ser distinguidos das funções instrumentadas de segurança

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Figura � — Fragmento de P&ID da malha de controle de vazão do gás precursor para um reator CVD. Fonte: elaboração própria, com identificação e simbologia baseadas na ANSI/ISA-5.1-2024 (INTERNATIONAL SOCIETY OF AUTOMATION, 2024). Nota: o diagrama representa uma arquitetura conceitual de controle. Diâmetros, materiais, classes de pressão, condições de falha e detalhes de instalação dependem do projeto específico. implementadas pelo SIS, as quais devem conservar a independência requerida pela análise de riscos, ciclo de vida próprio e capacidade de levar ou manter o processo em estado seguro (INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION, 2017). A aquisição de dados, a representação digital e os serviços analíticos aparecem na Figura 5 e não devem ser confundidos com o próprio P&ID. Para incorporar o elemento MEMS de Wang, Wang e Dong (2018) a uma função transmissora como a FT-101 seriam ainda necessários, entre outros, condicionamento, calibração rastreável, interface de transmissão, invólucro, estabilidade, compatibilidade química, resposta dinâmica, análise de incerteza, manutenção e qualificação para o serviço. Portanto, a Figura 3 não afirma que o dispositivo experimental já possa substituir um transmissor industrial. 7. VÁLVULAS DE CONTROLE, REVESTIMENTOS E TRIBOLOGIA: EVIDÊNCIA ADJACENTE E LIMITES DA APLICAÇÃO Componentes de válvulas podem sofrer corrosão, erosão, abrasão, cavitação, vaporização instantânea (flashing), desgaste adesivo severo (galling) e fadiga. O interesse tribológico em materiais à base de grafeno motiva hipóteses de lubrificação e revestimento (BERMAN; ERDEMIR; SUMANT, 2014); entretanto, a literatura selecionada não fornece evidência específica suficiente para afirmar melhoria de desempenho em sede, obturador, haste, guia, vedação ou internos de válvulas de controle industriais. Há, contudo, evidência adjacente relevante. Wang et al. (2025) depositaram por aspersão térmica oxicombustível de alta velocidade (high-velocity oxy-fuel — HVOF) revestimentos WC–Cr3C2–Ni contendo 0,3% em massa de nanoflocos de grafeno ou óxido de grafeno sobre corpos de prova cúbicos de aço inoxidável 316L. Em eletrólito aquoso de NaCl a 3,5% (base percentual não especificada na fonte),

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o revestimento com óxido de grafeno apresentou menor perda volumétrica acumulada após 30 h de erosão por cavitação ultrassônica — 5,58 mm³, ante 15,07 mm³ para o revestimento sem óxido de grafeno — e maior resistência de transferência de carga. Os autores apontam potencial para sistemas hidráulicos marinhos, inclusive eclusas e válvulas; o estudo, porém, não avaliou sede, obturador, haste, guia, vedação, estanqueidade nem a operação de uma válvula de controle industrial. Trata-se de evidência em corpo de prova para mecanismos de degradação relevantes, não de validação da aplicação em válvula. Esse ganho não foi universal entre as formulações nem entre todos os indicadores eletroquímicos. Na formulação com nanoflocos de grafeno, a resistência de transferência de carga foi menor e a corrente de corrosão foi maior que no revestimento-base. Portanto, a evidência favorável deve ser atribuída especificamente à formulação contendo óxido de grafeno e às condições ensaiadas. Além disso, a cavitação ultrassônica em corpos de prova não reproduz integralmente a cavitação hidrodinâmica, os gradientes de pressão, os ciclos de atuação e os requisitos de estanqueidade de uma válvula de controle. A transferência de resultados de contatos-modelo, chapas ou dutos para válvulas não é automática. Em sistemas de grafeno sobre cobre, defeitos permitem ingresso de espécies oxidantes e a condutividade do grafeno pode favorecer acoplamento galvânico no longo prazo (SCHRIVER et al., 2013; LEI et al., 2017). Isso não prova o mesmo comportamento em aços, ligas de válvulas ou revestimentos compósitos; justifica ensaios específicos de aderência, delaminação, compatibilidade química, carga, temperatura e ciclos. Apesar dessa evidência adjacente, a aplicação a válvulas de controle permanece uma agenda experimental no nível do componente: corpo de prova representativo, componente e circuito piloto, com aderência, perfilometria, tribometria, erosão por partículas, cavitação, eletroquímica, ciclagem e estanqueidade. Até essa validação, grafeno, óxido

Artigo de grafeno ou seus compósitos não devem ser apresentados como solução comprovada para internos, sede ou vedação. A Figura 4 organiza a válvula globo como um ativo físico composto por regiões funcionais e transforma hipóteses gerais sobre materiais à base de grafeno em objetos de investigação separáveis. A anatomia e a nomenclatura dos componentes seguem a terminologia técnica de válvulas de controle (EMERSON, 2023); as associações com mecanismos de degradação permanecem hipóteses de pesquisa, não evidências de desempenho industrial. Figura 4 — Mapa didático das regiões funcionais e hipóteses de degradação para inves-

Figura � — Mapa didático das regiões funcionais e hipóteses de degradação para investigação de materiais à base de grafeno em uma válvula de controle globo. Fonte: elaboração própria; nomenclatura dos componentes baseada em Emerson (2023); mecanismos de degradação discutidos por Schriver et al. (2013), Lei et al. (2017) e Wang et al. (2025). Nota: as regiões numeradas delimitam objetos de estudo. Elas não indicam revestimento em toda a superfície, produto comercial específico ou desempenho industrial comprovado.

tigação de materiais à base de grafeno em uma válvula de controle globo. Fonte: elaboração própria; nomenclatura dos componentes baseada em Emerson (2023); mecanismos de degradação discutidos por Schriver et al. (2013), Lei et al. (2017) e Wang et al. (2025). Nota: as regiões numeradas delimitam objetos de estudo. Elas não indicam revestimento em toda a superfície, produto comercial específico ou desempenho industrial comprovado. A numeração separa quatro frentes: (1) haste e guia, associadas a atrito, desgaste adesivo e tribocorrosão; (2) sede e obturador, sujeitos a erosão, cavitação, vaporização instantânea e perda de estanqueidade; (3) corpo e superfícies molhadas, cuja resposta depende da química e do regime do fluido; e (4) interface revestimento–substrato e descontinuidades, que exigem avaliar aderência, defeitos, delaminação e compatibilidade química e térmica. Essa decomposição estabelece a ligação com o restante do artigo: cada região física pode ser representada no gêmeo digital como um objeto com mecanismo de falha, variáveis observáveis, histórico e critério de aceitação. Posição da haste, diferencial de pressão, vazamento, vibração, emissão acústica e condições de processo são variáveis candidatas, cuja seleção depende do serviço e da instrumentação disponível. Assim, a Figura 4 fornece o mapa do ativo físico; a Figura 5 organiza sua integração com dados e modelos; e a Figura 6 explicita a progressão de validação necessária antes de qualquer aplicação industrial. 8. ESTRUTURA CONCEITUAL PROPOSTA

A contribuição central é aplicar critérios de gêmeo digital à interseção entre fabricação de grafeno, cadeia metrológica, atributos do material e integridade de válvulas. A Figura 5 organiza um ciclo: processo ou ativo físico; medição e governança; estimação e previsão; decisão e retorno; e verificação, validação e monitoramento de validade. Não se propõe uma arquitetura universal nem uma planta autônoma existente, mas uma forma auditável de separar resultado demonstrado, evidência adjacente, analogia e hipótese. Na fabricação, a entidade-alvo deve ser definida pelo processo e pelo produto. Filme CVD, LIG, grafeno epitaxial e grafeno flash não compartilham automaticamente atributos críticos. Temperatura, potência, vazão, geometria e história térmica alimentam modelos que estimam espessura, defeitos, morfologia, condutividade ou rendimento; a decisão pode selecionar o próximo experimento, ajustar receita ou rejeitar previsão fora do domínio de validade. Na observação e no controle, o elemento sensor fornece um sinal, mas a cadeia metrológica inclui condicionamento, calibração, comunicação, identificação e qualidade do dado. Ali et al. (2023) discutem, no contexto de compósitos, o potencial do grafeno e de suas variantes — com ênfase em rGO — como elementos sensoriais geradores de dados; aqui, essa formulação é tratada como perspectiva, não como evidência de transmissor industrial qualificado. O P&ID da Figura 3 delimita funções físicas e de controle que podem abastecer o estado digital. Na integridade, a válvula da Figura 4 é decomposta em regiões, me-

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Artigo canismos, variáveis observáveis e critérios de aceitação. Um gêmeo voltado à manutenção poderia combinar posição, pressão diferencial, vazamento, vibração, manobras e inspeção; isso não demonstra eficácia de revestimentos de grafeno. Qualidade de dados, incerteza, cibersegurança, segurança de processo e análise tecnoeconômica atravessam todos os casos de uso. Na Figura 5, a verificação, a validação externa e o monitoramento de validade retroalimentam a atualização ou suspensão do modelo e a autorização de decisões seguras. Ve-

Figura � — Estrutura conceitual cíclica para integração entre processo físico, dados, modelos, decisão e validação. Fonte: elaborado pelo autor.

rificação avalia a correção da implementação do modelo; validação confronta suas previsões com dados independentes dentro do domínio de uso; e o monitoramento de validade detecta deriva, extrapolação e perda de desempenho durante a operação. Resultados insatisfatórios devem suspender a recomendação ou o retorno, exigindo atualização e nova validação. Setas contínuas representam os fluxos de informação requeridos; o retorno tracejado pode ser humano ou automático e só deve ocorrer após validação compatível com o caso de uso e sob as barreiras independentes de segurança. Qualidade do material, controle do processo e integridade do ativo são serviços paralelos. A integração completa de ponta a ponta permanece proposta. No bloco de decisão e retorno, o controle preditivo baseado em modelo (model predictive control — MPC) e a otimização em tempo real (real-time optimization — RTO) representam possíveis estratégias decisórias. 9. LIMITAÇÕES E AGENDA DE PESQUISA As evidências discutidas são predominantemente laboratoriais; os materiais são heterogêneos; as definições de gêmeo digital variam; faltam comparações metrológicas homogêneas; e a literatura específica sobre componentes de válvulas de controle permanece insuficiente. O estudo em corpo de prova de Wang et al. (2025) aproxima a discussão dos mecanismos de cavitação e corrosão, mas não elimina a lacuna de validação do componente. Também permanecem abertas a avaliação de ciclo de vida, a análise tecno econômica, a segurança do manuseio de nanomateriais e a integração com sistemas industriais. Quatro questões orientam a agenda: (i) modelos híbridos atualizados por dados reduzem ensaios sem degradar qualidade? (ii) elementos sensores mantêm calibração, repetibilidade e estabilidade em ambientes de processo? (iii) revestimentos compósitos reduzem tribocorrosão ou erosão sem delaminação ou corrosão galvânica?

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(iv) identificação, metadados e governança reduzem ambiguidades na integração? Cada questão requer linha de base, validação externa, incerteza e critérios de sucesso definidos previamente. Um demonstrador reprodutível deve registrar entidade-alvo, taxa de amostragem, latência, lacunas de dados, estado de calibração, versão do modelo, conjunto de validação, incerteza, autoridade de decisão e modo seguro de contingência. Sem esses elementos, desempenho preditivo isolado não comprova utilidade operacional. A Tabela 3 evita a atribuição arbitrária de nível de maturidade tecnológica (technology readiness level — TRL) e explicita a próxima etapa necessária para cada aplicação. 10. CONCLUSÕES Modelos digitais, aprendizado de máquina e automação experimental já permitem relacionar condições de fabricação a atributos de grafeno e materiais relacionados, sobretudo em provas de conceito envolvendo grafeno induzido por laser, grafeno epitaxial sobre carbeto de silício, grafeno flash e outros materiais bidimensionais. Modelo digital, sombra digital e gêmeo digital correspondem a níveis distintos de integração e fluxo de dados entre a entidade física e sua representação digital. A definição da entidade, a rastreabilidade dos dados, o regime de atualização, o caso de uso, a validação e a incerteza permitem distingui-los sem tratá-los como equivalentes. Na estrutura proposta, o gêmeo digital conecta fabricação, cadeia metrológica e decisão sobre qualidade, controle ou integridade, sem substituir o controle regulatório básico nem o sistema instrumentado de segurança. O elemento MEMS demonstra um princípio de sensoriamento, mas não constitui um transmissor industrial qualificado. Um revestimento WC–Cr3C2–Ni modificado com óxido de grafeno apresentou evidência adjacente favorável em corpos de prova submetidos à cavitação ultrassônica e à corrosão; sua transferência para

Artigo Caso de uso Fabricação Instrumentação Integridade

Entidade

Dados e representaRegime de atualização Decisão Validação ção reator / lote processo, Raman; mode- por amostra, campanha ou ci- receita ou expe- atributos, incer/ camada lo físico ou híbrido clo experimento–caracterização rimento teza e domínio elemento e sinal, calibração, deriva; compatível com a dinâmica de qualificação ou repetibilidade e cadeia modelo metrológico medição e diagnóstico manutenção rastreabilidade válvula / posição, ∆P, vazamento, por evento, manobra, inspeção inspeção ou estanqueidade e região vibração; degradação ou janela de análise manutenção vida útil

Tabela � — Operacionalização da estrutura por caso de uso. Fonte: elaborado pelo autor.

componentes de válvulas de controle permanece uma hipótese a ser validada. As próximas etapas incluem a validação externa dos modelos, a qualificação da cadeia sensora, a demonstração progressiva da integração físico-digital em ambiente representativo e os ensaios de materiais em componentes e circuitos piloto. A passagem à escala industrial dependerá da integração entre engenharia de processos, ciência dos materiais, metrologia, confiabilidade, segurança de processo, cibersegurança, viabilidade tecnoeconômica e avaliação ambiental. REFERÊNCIAS ALI, M. A. et al. Graphene nanoparticles as data generating digital materials in industry 4.0. Scientific Reports, v. 13, art. 4945, 2023. DOI: 10.1038/s41598-023-31672-y. ANI, P. C.; ZEITOUN, Z.; AL-ABEDI, H. J.; SMITH, J. D. Graphene synthesis: a reactor-oriented review of conventional and emerging production methods. Chemical Engineering and Processing – Process Intensification, v. 222, art. 110752, 2026. DOI: 10.1016/j. cep.2026.110752.

Aplic ação

Material

Escala demonstrada

Predição em LIG

LIG / poliimida laboratório

Crescimento orientado por IA

grafeno epitaxial / SiC

Aprendizado de máquina científico Fluxo de precursor

grafeno flash MoS2

prova de conceito automatizada

BAE, S. et al. Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes. Nature Nanotechnology, v. 5, p. 574–578, 2010. DOI: 10.1038/nnano.2010.132. BERMAN, D.; ERDEMIR, A.; SUMANT, A. V. Graphene: a new emerging lubricant. Materials Today, v. 17, n. 1, p. 31–42, 2014. DOI: 10.1016/j.mattod.2013.12.003. EMERSON. Control Valve Handbook. 6. ed. Marshalltown, IA: Emerson Flow Controls, 2023. Disponível em: https://www.emerson. com/en/final-control/catalog/products-and-software/valves/control-valves/control-valve-handbook. Acesso em: 29 ago. 2026. HEDENGREN, J. D.; ASGHARZADEH SHISHAVAN, R.; POWELL, K. M.; EDGAR, T. F. Nonlinear modeling, estimation and predictive control in APMonitor. Computers & Chemical Engineering, v. 70, p. 133–148, 2014. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2014.04.013. INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. IEC 61511-1:2016+AMD1:2017 CSV: Functional safety — Safety instrumented systems for the process industry sector — Part 1: Framework, definitions, system, hardware and application programming requirements. Geneva: IEC, 2017. Disponível em: https://webstore.iec.ch/en/ publication/61289

Evidência

Lacuna

Próxima etapa

Referência

648 linhas; validação interna

outros substratos/ lasers

validação externa

Santos-Ceballos et al. (2024)

ciclo Raman → protocolo

escala e robustez

Sabattireplicação/piloto ni et al. (2025)

sincronização operacional

validação de processo

Sattari et al. (2023)

não é grafeno

testar por material

Sinha et al. (2025)

5–56 m/s de ar

metrologia e qualificação

protótipo de ca- Wang et deia completa al. (2018)

HVOF em 316L; cavitação ultrassônica e corrosão em NaCl 3,5%; não testado em componente

aderência, tribocorrosão, ciclos, estanqueidade e serviço representativo

componente → circuito piloto → aplicação industrial

173 reações; 4 matérias - primas; rendimento Raman laboratório/ modelo e validação esmodelo pacial laboratório

grafeno de prova de Elemento senpoucas camasor MEMS conceito das/Si3N4 Revestimento WC–Cr3C2–Ni/ para válvula GO; outros corpo de de controle sistemas ainda prova industrial hipotéticos

A Tabela � evita a atribuição arbitrária de TRL e explicita a próxima etapa necessária para cada aplicação. Fonte: elaborado pelo autor a partir das referências indicadas.

Wang et al. (2025); agenda proposta

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Artigo

Figura � — Progressões propostas para validação tecnológica de sensores e de revestimentos em válvulas. Fonte: elaborado pelo autor. A progressão é uma agenda de pesquisa, não um nível de maturidade já alcançado.

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