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Pesquisa conduzida por cientistas nos Estados Unidos indica que testes realizados por Thomas Edison em 1879, com filamentos de carbono submetidos a corrente elétrica semelhante ao aquecimento Joule moderno, podem ter gerado grafeno turbostrático de forma não intencional, mais de um século antes de sua identificação científica
Pesquisadores nos Estados Unidos identificaram evidências de que Thomas Edison pode ter produzido grafeno acidentalmente em 1879, ao testar filamentos de carbono em lâmpadas incandescentes, sob condições elétricas semelhantes às usadas hoje em processos modernos de aquecimento Joule.
Reconstrução histórica dos experimentos da lâmpada incandescente
O estudo foi liderado por James Tour, PhD, professor de química, ciência dos materiais e nanoengenharia da Universidade Rice. A pesquisa buscou reconstruir, com ferramentas analíticas atuais, os experimentos originais realizados por Edison no final do século XIX.
A equipe replicou o projeto da lâmpada de filamento de carbono desenvolvido em 1879 e aplicou condições elétricas semelhantes às da época. Durante os testes, os pesquisadores observaram que partes do filamento se transformavam em grafeno turbostrático.
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Segundo Tour, reproduzir os experimentos históricos com o conhecimento e os instrumentos disponíveis atualmente permitiu observar fenômenos que não poderiam ser identificados no período original, devido às limitações tecnológicas da época.
Grafeno turbostrático e suas características estruturais
O grafeno turbostrático é uma forma de grafeno multicamadas caracterizada por empilhamento aleatório, rotacionado e desalinhado entre as camadas.
Essa estrutura específica diferencia o material de outras formas de grafeno mais ordenadas.
Essa variação do grafeno é considerada especialmente relevante para produção em larga escala, com aplicações destacadas em armazenamento de energia e no reforço de compósitos utilizados em diferentes setores industriais.
O grafeno, de forma geral, é composto por uma única camada bidimensional de átomos de carbono organizados em estrutura hexagonal semelhante a um favo de mel, com espessura de apenas um átomo.
É reconhecido como o material mais fino e um dos mais resistentes já estudados, cerca de 200 vezes mais resistente que o aço, além de apresentar elevada condutividade elétrica, flexibilidade e transparência.
Aquecimento Joule e paralelos com o século XIX
Atualmente, um dos métodos conhecidos para produzir grafeno turbostrático é o chamado aquecimento Joule instantâneo. Nesse processo, uma corrente elétrica aquece rapidamente materiais à base de carbono.
As temperaturas atingidas variam entre aproximadamente 2.000 e 3.000 graus Celsius, equivalentes a 3.600 a 5.400 graus Fahrenheit, promovendo rearranjos estruturais no carbono.
No final do século XIX, Edison utilizava filamentos à base de carbono, frequentemente produzidos com materiais naturais, como o bambu japonês, em substituição ao tungstênio empregado nas lâmpadas modernas.
Quando a eletricidade atravessava esses filamentos, a resistência elétrica provocava aquecimento intenso, suficiente para gerar luz. A equipe avalia que essas condições eram muito semelhantes às do aquecimento Joule moderno.
Hipótese experimental e escolha dos materiais
Lucas Eddy, ex-aluno da Universidade Rice e primeiro autor do artigo, relatou que buscava identificar o equipamento mais simples possível para a produção em massa de grafeno com materiais acessíveis.
Durante esse processo, ele relembrou que as primeiras lâmpadas incandescentes utilizavam filamentos de carbono, o que levantou a hipótese de que esses dispositivos poderiam reproduzir condições adequadas para formação do material.
Eddy analisou diferentes alternativas, desde soldadores a arco até árvores atingidas por raios, antes de concluir que as lâmpadas no estilo Edison ofereciam um modelo mais direto e controlável para testes laboratoriais.
Para os experimentos, os pesquisadores adquiriram lâmpadas artesanais no estilo Edison em uma pequena loja de arte na cidade de Nova York, projetadas de acordo com as especificações da patente original de 1879.
Procedimentos, análises e resultados obtidos
As lâmpadas foram conectadas a uma fonte de corrente contínua de 110 volts, conforme a configuração original descrita nos registros históricos, e permaneceram energizadas por aproximadamente 20 segundos.
Os cientistas observaram que exposições mais longas poderiam levar à formação de grafite, em vez de grafeno. Após os testes, foi realizada microscopia óptica nos filamentos.
A análise revelou mudança visual na superfície, que passou de cinza escuro para um aspecto prateado e metálico. Em seguida, foi aplicada espectroscopia Raman para identificação do material.
Essa técnica analítica a laser permite reconhecer substâncias por meio de assinaturas em nível atômico. Os resultados confirmaram a presença de grafeno turbostrático em partes do filamento analisado.
Embora não seja possível determinar se o grafeno persistiu nos experimentos originais de Edison, os dados sugerem que ele pode ter se formado brevemente durante os testes históricos, mesmo sem ser reconhecido à época.
Publicação e implicações da descoberta
O estudo foi publicado na revista científica ACS Nano. Para Tour, a descoberta levanta questionamentos sobre outras informações possivelmente ocultas em experimentos históricos clássicos.
Segundo ele, a combinação de registros antigos com técnicas modernas pode revelar fenômenos não identificados anteriormente, ampliando a compreensão sobre avanços científicos do passado e suas conexões com tecnologias atuais.
A pesquisa reforça a ideia de que processos considerados modernos podem ter ocorrido acidentalmente em contextos históricos, ainda que sem o reconhecimento conceitual ou instrumental necessário para sua identificação formal na época, abrindo novas linhas de investigaçao histórica e científica.
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