Compósitos híbridos imprimíveis para novo processo de rastreabilidade espectroscópica de material grafítico em cultivar modelo para segurança alimentar

Abstract

A crescente busca por materiais funcionais, sustentáveis e de alto desempenho tem impulsionado pesquisas com nanomateriais de carbono. O grafeno de múltiplas camadas (MLG), obtido por métodos mecanoquímicos, destaca-se como alternativa versátil e promissora, pois mantém propriedades associadas ao deslizamento dos planos de grafeno no grafite e permite agregar novas funções. Trabalhos no laboratório LandFoton (DQF/UFPE) vêm propondo a funcionalização do MLG com nitrogênio durante a esfoliação do grafite, via mecanoquímica, sob alta pressão de N2 (2 a 8 bar), em processo desenvolvido no Grupo, com o objetivo de agregar a função de transporte de macronutrientes para plantas ao pó de grafite amplamente utilizado na agricultura mecanizada para reduzir o atrito entre sementes em plantadeiras. Considerando a importância de rastrear esse material grafítico, em particular em vegetais mais consumidos na dieta, este estudo teve como principal objetivo o desenvolvimento de compósitos híbridos imprimíveis para viabilizar novos processos de rastreamento desse material grafítico em hortaliças. O compósito produzido foi constituído de três fases: uma fase fotopolimerizável (resinas Anycubic ECO White e 3DLAB Clear/Alta Temperatura, compatíveis com impressão 3D por estereolitografia por máscara - MSLA); uma fase orgânica (clorofila da hortaliça por extração etanólica); e uma fase grafítica (MLG funcionalizado por mecanoquímica). Para a produção da fase orgânica, utilizou-se como cultivar modelo o quiabo, Abelmoschus esculentus (L.) Moench, cultivar Santa Cruz 47, já selecionada em trabalhos anteriores do Grupo por ser amplamente cultivada em áreas tropicais no Brasil e, em particular, na região Nordeste, devido à boa adaptabilidade ao clima, alta produtividade e potencial para cultivo orgânico sustentável. Assim, a extração etanólica da clorofila foi realizada por maceração de folhas de A. esculentus (cultivar Santa Cruz 47). A fase grafítica foi constituída por MLG-N, produzido por esfoliação sob 2 bar de N2 (200 kPa), em jarro especial de aço, acoplado a workstation Ultra-TurraxTM (IKA), com pós de grafite Sigma-Aldrich e Alfa Aesar. Foram sintetizados complexos de Eu3+ e Tb3+, ligados ao MLG visando a possíveis usos como rastreadores fotônicos, mas o material mostrou-se fitotóxico à germinação das sementes em experimentos de cultivo indoor, nas mesmas estufas dos ensaios que demonstraram a eficácia da funcionalização com nitrogênio na germinação dessas sementes. Para as caracterizações, foram utilizadas técnicas de espectroscopia óptica, FTIR, Raman, TG e MEV/EDS. Diante da inviabilidade do rastreamento fotônico, realizou-se prova de conceito (PoC) para avaliar a eficácia da espectroscopia de deflexão fototérmica (PDS) como processo inovador para análise comparada de corpos de prova impressos com o compósito híbrido. Escolheu-se a acetonitrila para imersão do corpo de prova, devido à forte dependência de seu índice de refração com a temperatura, o que amplifica a deflexão fototérmica do feixe do laser-sonda que tangencia a superfície do corpo de prova impresso, altamente plano e liso. A deflexão é provocada pela lente térmica produzida na superfície da amostra irradiada, aqui por fonte de xenônio e por um diodo emissor de luz (LED grow), ambos pulsados, com detecção síncrona por amplificador lock-in. A PoC foi positiva para a identificação do MLG-N, resultando em um novo processo que envolve a produção de corpo de prova impresso em 3D com compósito híbrido e o uso da PDS para esse fim.