UFMG desenvolve “superconcreto” com nanotubos de carbono

Por Ana Maria Vieira,

Boletim da UFMG

Nº 1622 - Ano 34 22.08.2008

Nanotecnologia é base de nova classe de material, que poderá ser usado na construção civil

Em um material cinza escuro produzido em laboratório da UFMG pode estar o maior avanço no processo de fabricação do concreto registrado nos últimos 80 anos.

Um pequeno bloco, de aspecto liso e cor cinza escuro, chama a atenção entre os freqüentadores do Laboratório de Nanomateriais do Departamento de Física da UFMG. Em desenvolvimento há cerca de um ano, o produto, um tipo de nanocompósito cuja síntese valeu-se de rota inédita, apresenta-se como a maior inovação tecnológica para o cimento desde que o concreto protendido começou a ser fabricado há 80 anos.

Denominado nanocompósito de cimento-nanotubo de carbono, tem potencial para atuar como redutor de porosidade e reforço estrutural do cimento, com resistência até três vezes superior à dos materiais convencionais. Registro de pedido para patente nacional do material já foi obtido e, além de seu promissor uso na construção civil, deverá agora passar por série de avaliações para especificar propriedades e conjunto de aplicações.

Simulação Computacional de Nanotubos de Carbono

“Cheguei a esse material realizando síntese direta de nanotubo de carbono no clínquer de cimento”, relata o professor Luiz Orlando Ladeira, coordenador do Laboratório de Nanomateriais. Formado a partir da calcinação de argila e calcário, o clínquer é matéria-prima do cimento. Há cerca de um ano, o professor iniciou investigações com o gesso. Esse material, misturado ao clínquer moído, constitui a fórmula final do pó de cimento. Durante seus experimentos, ele observou que o processo de calcinação gerava uma matriz óxida de alta estabilidade térmica. “Levantei a hipótese de que o clínquer seria um bom suporte para o crescimento do nanotubo de carbono”, lembra.
Realizado o teste, os resultados confirmaram sua tese. Até então, pesquisadores de todo o mundo tentavam adicionar o cimento ao nanomaterial tratado quimicamente, por meio de mistura física. Além de não mostrar eficiência e ser demorado, o procedimento onerava excessivamente o compósito final.

Viabilidade

“Há uma desigualdade na correlação de custos: enquanto o preço do saco com 50 quilogramas de cimento chega a R$ 15, o grama do nanotubo no mercado internacional alcança o preço médio de R$ 60”, ilustra Luiz Orlando. O principal desafio do professor foi desenvolver um nanocompósito de cimento que aliasse alto desempenho mecânico e custo de produção viável. A literatura técnica da área mostra que a obtenção do material requer adição de 0,3% a 0,5% de nanotubo ao cimento. Assim, 50 quilogramas do produto necessitam de 250 gramas de nanotubo para gerar um material de alta performance. “O problema é que, até então, essa mistura revelava-se inviável economicamente, pois a partir dela o custo de um saco de cimento era de R$ 15 mil, mil vezes mais do que o do produto sem adição de nanotubo”, lembra Luiz Orlando.

As pesquisas empreendidas pelo professor resultaram exatamente em um método que equaciona a questão do custo produtivo. “Desenvolvi um processo por meio do qual o nanotubo já ´nasce´ dentro do particulado de cimento. Isso faz com que o custo do produto seja de R$ 30, apenas duas vezes mais que o material convencional, mas com performance muito superior”, compara.

A produção de nanotubo de carbono é realizada na UFMG, sob a coordenação de Luiz Orlando Ladeira. Desde 2000, o trabalho conduzido no Laboratório de Nanomateriais atende a demandas de grupos de pesquisa em nanociências de todo o país. Apresentando estrutura cilíndrica formada por átomos de carbono, o diâmetro dos nanotubos não ultrapassa a bilionésima fração do metro (um nanômetro).

Essa característica está associada a uma série de propriedades apresentadas pela molécula, como resistência mecânica e condutividade elétrica e térmica consideradas excepcionais. Por esse motivo, seu uso em pesquisa e na confecção de dispositivos industriais tem crescido desde a última década. “Os nanotubos de carbono são 50 vezes mais resistentes à ruptura que o melhor fio de aço até hoje produzido”, observa o pesquisador.