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O misterioso nascimento do carbono vítreo: como Bernard Redfern descobriu esse material bizarro?
O carbono vítreo, também conhecido como carbono vítreo ou carbono vítreo, é um material de carbono não grafitizável que combina as propriedades do vidro e da cerâmica com as características do grafite. Suas principais propriedades incluem alta estabilidade térmica, alta condutividade térmica, dureza (7 na escala de Mohs), baixa densidade, baixa resistência elétrica, baixo atrito, altíssima resistência ao ataque químico e impermeabilidade a gases e líquidos. Este material é amplamente utilizado como material de eletrodo em eletroquímica, cadinho de alta temperatura e como componente de certas próteses. O carbono vítreo pode ser produzido em diferentes formas, tamanhos e seções transversais, e os termos "carbono vítreo" e "carbono vítreo" foram registrados como marcas comerciais, enquanto a IUPAC não recomenda seu uso como termos técnicos. Com a publicação de uma revisão histórica do carbono vítreo em 2021, as origens deste material atraíram ampla atenção.
Contexto históricoO carbono de vidro apareceu pela primeira vez nos laboratórios da The Carborundum Company em Manchester, Inglaterra, onde foi descoberto pelo cientista de materiais e especialista em tecnologia de diamantes Bernard Redfern em meados da década de 1950. Ele notou que a fita usada para prender uma amostra de cerâmica (bico de foguete) ao piso do forno se transformava em uma estrutura incomum após a sinterização em uma atmosfera inerte e mantinha seu formato original.
Redfern então explorou uma matriz de polímero para imitar a estrutura do diamante e descobriu uma resina fenólica que, após um tratamento especial, solidificaria sem um catalisador. Cadinhos feitos dessa resina são distribuídos para muitas organizações, como a UKAEA Harwell. Entretanto, Redfern deixou a Carbone e a empresa encerrou oficialmente todo o interesse na invenção do carbono vítreo.
Desenvolvimento de Plessey
Enquanto trabalhava no laboratório Plessey em Towset, Inglaterra, Redfern recebeu um cadinho de carbono vítreo da UKAEA e o reconheceu como um que ele havia feito anteriormente, pois havia gravado o precursor não carbonizado com a marca. A empresa estabeleceu laboratórios em Litchborough e mais tarde estabeleceu instalações permanentes em Caswell, Northamptonshire, que se tornaram a Plessey Research Caswell e o Allen Clark Research Centre. O desenvolvimento do carbono vítreo em Plessey é algo natural e, embora a contribuição de Redfern para a invenção e produção do carbono vítreo seja reconhecida, referências a ele em publicações subsequentes de Cowlard e Lewis não são óbvias.
Redfern entrou com um pedido de patente no Reino Unido em 11 de janeiro de 1960 e mais tarde recebeu a patente dos EUA 3.109.712A em 5 de novembro de 1963.
Propriedades e aplicações dos materiais
O carbono de vidro tem uma taxa de contração muito uniforme e previsível, o que permite que encaixes precisos sejam feitos no estado do polímero. Algumas das primeiras amostras ultrapuras de GaAs foram purificadas por zona nesses cadinhos porque o carbono vítreo não é reativo ao GaAs. Além disso, a dopagem de carbono vítreo também exibe fenômenos semicondutores.
Sua forma porosa, chamada de carbono vítreo reticulado (RVC), foi desenvolvida pela primeira vez em meados da década de 1960 como um material de eletrodo de carbono vítreo termicamente isolante e microporoso. Essas propriedades tornam os RVCs muito úteis em eletroquímica, especialmente como eletrodos tridimensionais.
Estrutura e propriedades eletroquímicas
A estrutura do carbono vítreo é controversa há muito tempo. Os primeiros modelos estruturais pressupunham a presença de átomos com ligações sp2 e sp3 no carbono vítreo, mas agora sabe-se que o carbono vítreo é totalmente ligado por sp2.
Na eletroquímica, o carbono vítreo é considerado um eletrodo inerte para a redução de íons hidróxido em solução aquosa. Essas características o tornam indispensável na fabricação de sensores. Devido à sua orientação superficial específica, o carbono vítreo é usado para fabricar vários tipos de eletrodos modificados e exibe boa estabilidade em aplicações biocompatíveis, como implantes dentários.
Com o avanço da ciência e da tecnologia e o aprofundamento da pesquisa de materiais, o escopo de aplicação e a tecnologia do carbono vítreo ainda estão se expandindo e evoluindo. A combinação única de cerâmica e materiais semelhantes ao vidro, sem dúvida, cria inúmeras possibilidades nos campos da ciência e engenharia modernas.
Ao refletirmos novamente sobre a contribuição deste cientista e as potenciais aplicações deste material, não podemos deixar de perguntar: como as futuras inovações tecnológicas mudarão a maneira como entendemos e usamos este material?
