BR112013023547A2 - síntese fácil de grafeno, derivados de grafeno e nanopartículas abrasivas e seus diversos usos, inclusive como aditivos lubrificantes tribologicamente benéficos - Google Patents

Abstract

SÍNTESE FÁCIL DE GRAFENO, DERIVADOS DE GRAFENO E NANOPARTÍCULAS ABRASIVAS E SEUS DIVERSOS USOS, INCLUSIVE COMO ADITIVOS LUBRIFICANTES TRIBOLOGICAMENTE BENÉFICOS Métodos de síntese ex situ de grafeno, óxido de grafeno, óxido de grafeno reduzido, outras estruturas derivadas de grafeno e nanopartículas úteis como agentes de polimento são divulgados. Composições e métodos para polimento, endurecimento, proteção, aumento de vida útil e lubrificação de peças móveis e fixas em dispositivos e sistemas, incluindo, mas sem se limitar, a motores, turbopropulsores, turbinas, ferrovias, calhas, rodas, rolamentos, sistemas de engrenagem, blindagens, escudos térmicos e outros sistemas físicos e mecânicos empregando superfícies duras de interação usinadas pelo uso de agentes de nanopolimento formados in situ de composições lubrificantes e, em alguns casos, ex situ e seus vários usos também são divulgados.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “SÍNTESE FÁCIL DE GRAFENO, DERIVADOS DE GRAFENO E NANOPARTÍCULAS ABRASIVAS E SEUS DIVERSOS USOS, INCLUSIVE COMO ADITIVOS LUBRIFICANTES TRIBOLOGICAMENTE BENÉFICOS”.

REFERÊNCIA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório Norte-Americano No. 61/596936, depositado em 9 de fevereiro de 2012 e intitulado Tribologically Beneficial Carbonaceous Materials and Nano- Abrasive Lubricant Molecules From Intentional In-Situ Pyrolysis of Sacrificial Cyclic Carbon Constituents; Pedido de Patente Provisório Norte-Americano No. 61/579993, depositado em 23 de dezembro de 2011 e intitulado Graphene and Graphene Derivatives Synthesis By Dehydration or Pyrolysis of Carbonaceous Materials, Vapor Exfoliation or PAH Formation, and Subsequent Hydrophobic Self-assembly; Pedido de Patente Provisório Norte-Americano No. 61/568.957, depositado em 9 de dezembro de 2011 e intitulado Synthesis of Graphene, Graphene Derivatives, Carbon-Encapsulated Metallic Nanoparticles, and Nano-Steel, and the Use of Sequestered Carbonaceous VWastes and Greenhouse Gases in Such Synthesis Methods; Pedido de Patente Provisório Norte-Americano No. 61/546.368, depositado em 12 de outubro de 2011 e intitulado Combustion Synthesis of Graphene Oxide and Graphene; Pedido de Patente

Provisório Norte-Americano No. 61/541.637, depositado em 30 de setembro de 2011 e intitulado Lubricating Additives, Polishing Compositions, Nanoparticles, and Tribological Coatings, and Uses Thereof, and Methods of Nanoparticle, Graphene, and Graphene Oxide Synthesis; Pedido de Patente Provisório Norte-Americano No. 61/538.528, depositado em 23 de setembro de 2011 e intitulado Lubricating Additives, Polishing Compositions, Nanoparticles, and Tribological Coatings, and Uses Thereof, and Methods of Nanoparticle, Graphene, and Graphene Oxide Synthesis; Pedido de Patente Provisório Norte-Americano No. 61/503.203, depositado em 30 de junho de 2011 e intitulado aditivos lubrificantes, composições de polimento e nanopartículas e métodos e usa seu e métodos de síntese de nanopartículas; Pedido de Patente Provisório Norte-Americano No. 61/491.633, arquivado de 31 de maio de 2011 e intitulado Lubricating Additives, Polishing Compositions, and Nanoparticles, and Methods and Uses Thereof, and Methods of Nanoparticle Synthesis; Pedido de Patente Provisório Norte-Americano No. 61/452.781, depositado em 15 de março de 2011 e intitulado Lubricating Compositions, Lubricant Additives, and Methods of Lubrication, em que o conteúdo de cada um é incorporado por meio deste documento por referência na sua totalidade.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A invenção pertence aos métodos de síntese ex situ industrialmente escalonáveis de grafeno, óxido de grafeno, óxido de grafeno reduzido e outras estruturas derivadas do grafeno, e nanopartículas e os usos para os mesmos, incluindo, mas sem se limitar aos compostos, fabricação de compostos , os campos de tribologia, nanotecnologia, revestimento de superfície, usinagem e ferramentaria, perfuração, perfuração, tunelamento, balística, antibalística, blindagem térmica, absorção de calor, aditivos lubrificantes, composições lubrificantes, revestimentos, métodos de lubrificação, métodos de polimento de superfícies duras e métodos de corte, perfuração, endurecimento, proteção e fabricação de aço e outras superfícies duras.

A invenção pertence ainda ao uso de nanopartículas abrasivas em composições para polimento, endurecimento, proteção, aumento da vida útil e lubrificação das partes móveis e estacionárias em dispositivos e sistemas, incluindo, mas sem se limitar a motores, turbopropulsores, turbinas, trilhos, camas, rodas, rolamentos, sistemas de engrenagem e outros sistemas físicos e mecânicos empregando superfícies duras de interação usinadas, onde as nanopartículas abrasivas são formadas in situ a partir de composições lubrificantes ou, em alguns casos, formadas ex situ e, em seguida, adicionadas aos lubrificantes antes da sua utilização.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[003] Síntese de grafeno e derivados de grafeno.

[004] Grafeno de camada única, como resultado de suas propriedades físicas observadas e teóricas, incluindo uma grande área superficial específica, alta mobilidade intrínseca, alto módulo de Young (-1,0 TPa), alta condutividade térmica (-5000 Wm"'K!), alta transmitância óptica (-97,7%), baixa permeabilidade a gás e alta capacidade de transporte de elétrons, tem sido objeto de considerável estudo, pesquisa e discussão nos últimos anos (consulte, por exemplo, Geim, et al, "The Rise of Graphene", Nat. Mater., Vol. 6, pp.183-191 , 2007; e Zhu et al, "Graphene and Graphene Oxide: Synthesis, Properties, and Applications", Adv. Mater., Vol. 22, pp. 3906-3924, 2010). Com base nestas propriedades do grafeno, ele foi considerado para uso em várias aplicações, como fotocatálise, armazenamento de energia, células solares, eletrodos transparentes, semicondutores, materiais compostos de alta resistência/baixo peso, revestimentos protetores e emissão de campo. Métodos de produção em grande escala e econômicos, no entanto, permaneceram evasivos.

[005] O grafeno puro é uma camada atômica única policíclica planar de carbono puro em um retículo alveolado de anéis de carbono com seis membros hibridizados em spº. O grafeno é, teoricamente, uma única camada pura de grafite, embora o termo grafeno também seja convencionalmente usado em um material com várias camadas atômicas empilhadas de grafite ou uma camada grafítica com pequenos defeitos, ainda com propriedades de material semelhantes ao grafeno puro. o grafeno é relativamente hidrofóbico e é convencionalmente formado por esfoliação de grafite, que pode ser feito usando dióxido de carbono supercrítico ou por clivagem micromecânica, ou por crescimento epitaxial em carboneto de silício ou determinados substratos metálicos. Grafeno também pode ser formado em fase gasosa passando gotículas líquidas de etanol em plasma de argônio em um reator de plasma de micro-ondas em pressão atmosférica (Dato et al, "Substrate-Free Gas-Phase Synthesis of Graphene Sheets", Nano Lett., Vol. 8, pp. 2012-2016, 2008).

[006] A síntese de nanotubos de grafeno também foi relatada por um método de pirólise de aerossol (Pinault et al, "Carbon nanotubes produced by aerosol pyrolysis: growth mechanisms and post-annealing effects", Diamond and Related Materials, Vol. 13, pp. 1266-1269, 2004). Uma solução de 2,5 a 5% em peso de ferroceno em tolueno ou ciclo-hexano foi pulverizada com argônio e pirolizada em 800 a 850 “ºC. Os estágios iniciais de formação do nanotubo de carbono foram observados. Uma camada de nanopartículas considerada como incluindo ferro foi primeiramente formada sobre um substrato sólido. Um tapete ordenado de nanotubos cresceu a partir dessa camada de nanopartículas, com um nanotubo crescendo a partir de cada uma das nanopartículas. O anelamento sob alta temperatura das amostras levou à remoção de ferro de dentro dos nanotubos e melhorou a ordem dos mesmos.

[007] Várias publicações recentes relataram a formação de ligações de grafeno sob condições de combustão. Em um caso, pequenas quantidades de nanopartículas de todas as quatro formas de carbono, ou seja, diamante, grafite, fulereno e amorfo foram detectadas em uma chama de vela de parafina (Su et al, "New insight into the soot nanoparticles in a candle flame", Chem. Commun., Vol. 47 pp. 4700-4702, 2011). Em outro caso anterior, pequenas quantidades de carbono grafítico em nanopartículas foram encontradas mediante o tratamento com ácido de fuligem a partir de uma chama de metano (Tian et al, "Nanosized Carbon Particles From Natural Gas Soot", Chem. Mater., Vol. 21, pp. 2803-2809, 2009). Em outro caso anterior, nanotubos ocos altamente grafíticos foram formados a partir de uma chama de etanol (Pan et al, "Synthesis and growth mechanism of carbon nanotubes and nanofibers from ethanol flames", Micron, Vol. 35, pp. 461-468, 2004). Da mesma forma, nanotubos de carbono foram sintetizados utilizando misturas de gás CO/H;7/He/C2H> queimadas com uma chama de acetileno na presença de catalisadores de nanopartículas de níquel ou ferro ablacionado com laser (Vander Wal et al, "Flame Synthesis of Carbon Nanotubes using Catalyst Particles Prepared by Laser Ablation", Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem., Vol. 49, pp. 879-880, 2004).

[008] Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAP) se formam como parte da "fuligem" no ar contida na matéria particulada residual (PM) da combustão incompleta pirólise ou outra degradação térmica com baixo teor de oxigênio de hidrocarbonetos. Como esses PAHs são geralmente considerados subprodutos indesejáveis de combustão imperfeita, vários estudos se focaram em como minimizar ou eliminar completamente a formação de "fuligem" em processos de combustão (consulte, por exemplo, Coppalle et al, "Experimental and Theoretical Studies on Soot Formation in an Ethylene Jet Flame", Combust. Sci. and Techn., Vol. 93, pp. 375-386, 1993).

[009] PAHs têm uma estrutura substancialmente planar de anéis de carbono aromáticos fundidos com átomos de hidrogênio ligados aos átomos de carbono periféricos das matrizes. PAHs podem ser considerados como carepas nanoscópicas em miniatura de grafeno.

[010] Derivados de grafeno incluem estruturas com ligações grafíticas incorporando parcialmente heteroátomos, como oxigênio ou outras imperfeições estruturais no retículo de carbono. Derivados de grafeno, conforme descrito neste documento, também incluem estruturas tais como nanotubos, nanobrotos, fulerenos, nanoervilhas, endofulerenos, nanocebolas, óxido de grafeno, carbono lacey e outras formas de não grafeno de carbono grafítico que possam conter imperfeições estruturais ou químicas.

[011] O óxido de grafeno (GO) é uma família de formas oxidadas impuras de grafeno que inclui grupos hidroxila e epóxido ligados a vários átomos de carbono na matriz do retículo. As propriedades estruturais de GO têm sido extensivamente estudadas (consulte Mkhoyal et al., "Atomic and Electronic Structure of Graphene-Oxide", Nano Lett, Vol. 9, pp. 1058-1063, 2009), no entanto, a estrutura química exata de GO é ainda assunto de muito debate e considerável variabilidade, pelo menos em termos de frequência de grupo hidroxila e epóxido e localização observada em várias amostras estudadas.

[012] GO também é conhecido por incluir grupos de ácido carboxílico considerados como estando localizados nas bordas das folhas de carbono. Estes vários grupos funcionais permitem maior funcionalização química do GO. Recentemente, a conversão de grupos carboxila em grupos hidroxila em um derivado de grafeno foi relatada para produzir um material que foi chamado de "grafenol". Vários métodos complexos e de várias etapas para converter este grafenol em grafeno através de pirólise foram relatados, no entanto, esses métodos incluem o uso de produtos químicos tóxicos, tal como hidrazina (consulte a Publicação do Pedido de Patente Norte-Americana No. 2011/0201739, por Beall, intitulada Method and System for Producing Graphene and Graphenol e publicada em 18 de agosto de 2011).

[013] Não diferentemente do grafeno, GO é convencionalmente formado a partir de óxido de grafite esfoliado ou pela oxidação do grafeno em si. Folhas de GO podem ser propositalmente formadas em um amplo intervalo de níveis de oxidação, com razões de oxigênio medidas para carbono tão elevadas como de cerca de 1:2. Como o óxido de grafeno tem suas próprias características físicas e químicas originais, além do grafeno, sua variabilidade estrutural o tornou menos atraente para muitos estudos experimentais. Ao contrário do grafeno, GO é hidrofílico e um isolante elétrico de alta rigidez e alta resistência (consulte Dreyer et al, "The chemistry of graphene oxide", Chem. Soc . Rev., Vol. 39, pp. 228-240, 2010).

[014] o óxido de grafeno foi primeiramente preparado pelo tratamento de grafite com clorato de potássio e ácido nítrico fumegante (consulte Brodie, "On the Atomic Weight of Graphite", Proc. of the Royal Soc. of London, Vol. 10, p. 249, 1859). Um processo um pouco mais eficiente utilizou ácido sulfúrico, nitrato de sódio e permanganato de potássio para converter grafite em óxido de grafeno (consulte Hummers et al., "Preparation of Graphitic Oxide", J. Am. Chem. Soc, Vol. 80, p. 1339, 1958). Recentemente, um método ainda mais eficiente foi relatado usando ácido sulfúrico, ácido fosfórico e permanganato de potássio (consulte Marcano et al., "Improved Synthesis of Graphene Oxide", ASC Nano, Vol. 4, pp. 4806-4814, 2010).

[015] GO coloidalmente disperso em água pode ser reduzido quimicamente em grafeno usando mono-hidrato de hidrazina. Outros redutores químicos para GO incluem hidroquinona, hidrogênio gasoso e soluções fortemente básicas. A esfoliação térmica e a redução de GO ocorre mediante aquecimento a 1050 ºC, com extrusão para remover o subproduto gerado do gás dióxido de carbono. Finalmente, a redução eletroquímica de GO pode ser realizada colocando-se eletrodos em extremidades opostas de um filme GO sobre um substrato não condutor, seguido pela aplicação de uma corrente elétrica ao filme.

[016] Embora até o momento uma redução completa do GO em grafeno não foi relatada na literatura, GO pode ser reduzido por uma variedade de diferentes processos para produzir o chamado "rGO" (óxido de grafeno reduzido) com razões de oxigênio medidas para carbono tão baixas quanto cerca de 1:24.

[017] Vale ressaltar que observou-se que rGO exibe muitas propriedades químicas, físicas e elétricas mais semelhantes àquelas de grafeno do que às de GO.

[018] Grafeno e seus muitos derivados são atualmente objetos de numerosos estudos e amplas pesquisas, em parte por causa de suas muitas aplicações potenciais, incluindo, mas sem se limitar aos lubrificantes, revestimentos de nível molecular para reforço do composto, blindagem térmica, transistores balísticos, circuitos integrados e fibras e cabos reforçados.

[019] Uso de Carbono Residual Sequestrado na Produção de Grafeno.

[020] Várias formas de retenção de resíduos de carbono são conhecidas na técnica, incluindo, mas sem se limitar à conversão de resíduos carbonáceos a coisas como "biochar" ou metanol sintético de dióxido de carbono (consulte, por exemplo, Hogan et ah, "Biochar: Concept to Sequester Carbon", Encyclopedia of Earth. National Council for Science and the Environment, Washington, D.C., 2011 ; Jiang et ah, "Turning carbon dioxide into fuel", Phil. Trans. R. Soc . A, Vol. 368, pp. 3343-3364, 2010), ainda o uso benéfico de tais resíduos de carbono sequestrados ou capturados como matéria-prima carbonácea ou promotores na síntese de grafeno permanece não reportado.

[021] Dispositivos Protéticos Médicos Implantáveis.

[022] Um fator importante no sucesso das próteses médicas implantadas é a uniformidade das superfícies de atrito, tanto em termos de longevidade quanto de prevenção dos efeitos de infecção. Asperezas sobre a superfície dos dispositivos metálicos medicamente implantados fornecem um local para abrigar bactérias. Para dispositivos metálicos na vasculatura ou sistema circulatório, eles também podem causar ataque cardíaco ou derrame cerebral. O nanopolimento de tais dispositivos protéticos médicos implantáveis até quase a lisura perfeita a nível atômico poderia avançar consideravelmente a segurança e a eficácia de tais dispositivos.

[023] Nanoprodutos farmacêuticos, oncologia e formação de imagens clínicas.

[024] Melhorias no direcionamento da radiação ou de quimioterápicos a um sítio com câncer e a capacidade de fornecer contraste para formação de imagens clínicas são as áreas de investigação ativa no campo da medicina. Nanopartículas de magnetita têm sido usadas como um agente de contraste de tumor para visualização por ressonância magnética (consulte, por exemplo, Tiefenauer et al, "In vivo evaluation of magnetite nanoparticles for use as a tumor contrast agent in MRI", Magnetic Resonance Imaging, vol. 14, no. 4, pp. 391-402, 1996). Há considerável estudo e investigação atual sobre o uso de fulerenos esféricos

"funcionais" como um meio para administrar terapias de fármacos direcionadas para tumores no corpo (consulte, por exemplo, Yoon et al, "Targeted medication delivery using magnetic nanostructures", J. Phys. : Condens. Matter, vol. 19, 9, páginas, 2007).

[025] Produção de Aço.

[026] Buracos e asperezas na superfície do aço fornecem uma superfície para a formação de oxidação destrutiva sob a forma de óxido férrico, também conhecido como ferrugem. A redução ou eliminação destes buracos e asperezas poderia aumentar a longevidade de tais estruturas de aço.

[027] Ambientes de reação de GO e grafeno.

[028] Em algumas modalidades da invenção, estruturas de grafeno e óxido de grafeno são usadas em diversos solventes para atuar como envelopes de reação, que criam um nanoambiente para reações ocorrerem que são termodinamicamente ou, de outro modo, desfavoráveis, semelhante à maneira pela qual as enzimas funcionam em sistemas biológicos. Estes envelopes de reação de grafeno (GRES) e envelopes de reação de óxido de grafeno (GOREs) possibilitam reações químicas e reformações atômicas, como a reestruturação de átomos em cristais, a ocorrer que não ocorreriam normalmente fora do envelope de reação. O GRE ou GORE serve como um “micro ou nanorrecipiente reacional” e,

em seguida, pode destacar parte do envelope em um nanoabrasivo ou outra nanopartícula, deste modo tornando-se parte do produto da reação. Em uma modalidade, o envelope atua como um forno de nanossopro para a produção de nanoaço a partir do ferro.

[029] O aço pode assumir várias formas diferentes, incluindo, mas sem se limitar a ferrita, austenita perlite, martensita, bainita, ledeburita, cementita, betaferrita, hexaferrum e qualquer combinação desses elementos, dependendo das condições sob as quais ele é feito. Nanoaços da invenção formados em GREs ou GOREs podem estar sob a forma de ferrita, austenita, perlita, martensita, bainita, ledeburita, cementita, betaferrita, hexaferrum e qualquer combinação desses elementos.

[030] Fabricação de Nanoaço, Nanorrobóticos e Nanomáquinas.

[031] A síntese de ligas metálicas nanocristalinas é conhecida na técnica (Alavi et al, "Alkaline-Earth Metal Carbonate, Hydroxide and Oxide Nano-Crystals Synthesis Methods, Size and Morphologies Consideration”, pp. 237-262 em Nanocrystals, ed. por Matsuda, InTech, Rijeka, Croácia 2011). A síntese de nanopartículas de aço reforçado, nanocebolas e métodos de produção de cristais de nanoaço puros e de folhas de metal nanoscópicas, no entanto, permanece não declarada.

[032] Nanorrobótica comumente refere-se à ciência da engenharia de nanotecnologia e fabricação de dispositivos mecânicos na faixa de 0,1 a 10 um de tamanho a partir dos componentes de nanoescala. Outros nomes comuns para estes dispositivos teóricos são nanobots, nanoides, nanitas e nanomitas. Postula-se que outros desenvolvimentos neste campo permitirão a construção, entre outras coisas, de minúsculos dispositivos eletrônicos de nanoescala e instrumentação cirúrgica remotamente operados. Métodos fáceis e baratos de nanofabricação de minúsculos cristais de aço ou lingotes provavelmente avançou consideravelmente esta ciência.

[033] Tecnologia de Concretagem e Asfaltagem.

[034] Concreto e betão betuminoso são dois materiais compostos comuns usados em construção. Concreto é um composto formado minimamente de um material de cimento, um agregado fino, um agregado grosso e água. Betão betuminoso é uma composição tipicamente formada minimamente de asfalto, uma substância tipo alcatrão negra e pegajosa, altamente viscosa, presente em alguns petróleos brutos e depósitos naturais, e um agregado grosso. Muitos tipos de misturas e aditivos foram desenvolvidos ao longo dos anos na tentativa de aumentar a resistência destes materiais.

[035] o mais difundido destes aditivos de "concreto" se enquadra em duas categorias gerais:

superplastificantes redutores de água (também conhecidos como redutores de água de alto alcance) e fibras de reforço sintéticas usadas para produzir concreto reforçado com fibras (FRC). Os superplastificantes, incluindo a última geração de superplastificantes à base de éter de policarboxilato (PCEs) e misturas de derivados de polipropilenoglicol, servem para reduzir a quantidade de água necessária para formar o composto. Superplastificantes também melhoram a reologia (características de fluxo), da pasta fluida de concreto, melhorando assim a praticabilidade antes da cura (consulte Palacios et al., "Effect of superplasticizer and shrinkage-reducing admixtures on alkali-activated slag pastes and mortars", Cement and Concrete Research, Vol. 35, pp. 1358-1367, 2004; Aitcin et al, "Superplasticizers: How they Work and Why The Occasionally Don't", Concrete International, Vol. 16, pp. 45-52, 1994).

[036] No caso de FCR, as fibras sintéticas (tipicamente fibras de polipropileno), destinam-se a aumentar a resistência da matriz e melhorar a deformabilidade do concreto. Fibras de reforço de concreto são destinadas a ligar microfissuras no concreto e a reduzir a separação, permitindo assim que o concreto mantenha a sua capacidade de suportar a sua carga sem falha de separação completa ao longo das rachaduras (consulte

Soroushian et al., "Mechanical Properties of Concrete Materials Reinforced With Polyproplene or Polyethlene Fibers", Materials Journal, Vol. 89, pp. 535-540, 1992).

[037] Na prática, nenhum tipo de "aditivo" demonstrou aumentos acentuados na resistência do concreto ou de produtos ou sistemas de betão betuminoso. Acredita-se que o grafeno e certos derivados de grafeno poderiam ser usados como aditivos de “reforço” para concreto e asfalto no lugar dos métodos do estado atual da técnica.

[038] Ciência Militar e Balística.

[039] De acordo com pesquisas recentes da Universidade de Columbia (Nova Iorque, Nova Iorque, Estados Unidos), o grafeno é identificado como o material mais forte na Terra. A resistência excessiva do grafeno é atribuída pelos pesquisadores de Columbia à sua matriz de ligação carbono-carbono covalente. As amostras de grafeno testadas eram monocamadas de grafeno isentas de defeitos. O teste das amostras revelou que uma única folha de grafeno tem uma resistência intrínseca de 42 N.mº.

[040] A ciência antibalística moderna busca desenvolver meios cada vez mais finos de proporcionar proteção contra projéteis balísticos e pedaços de projéteis. Nesse sentido, novos meios para reforço molecular de polímero-matriz-compostos (PMCs) estão sendo continuamente investigados. O estado atual da técnica emprega diversas variedades de fios e fibras balísticas de alto desempenho, incluindo vidro S, aramidas (por exemplo, Kevlar6o 29, Kevlaro 49, Kevlaro 129, Kevlaro KM2, TwaronO), polietileno ultra alto peso molecular altamente orientado (por exemplo, Dyneema6, Spectra&O), PBO (por exemplo, Zylono) e polipiridobisimidazol (PIPD) (referido como M50), etc.

[041] As características típicas destas fibras são muito baixa densidade e alta resistência à tração, com correspondente alta capacidade de absorção de energia. No caso de painéis balísticos de compostos de matriz polimérica (PMC), a capacidade de deformação de dispersão de força das fibras é severamente dificultada pela resina circundante do compósito, o que leva a falhas sob condições de fratura e delaminação da matriz de resina após o impacto de um projétil. O grafeno e seus derivados, incorporados em painéis balísticos compostos têxteis, não sofreria das mesmas limitações que as matrizes de resina PMC típicas.

[042] Grafeno e suas estruturas derivadas representam uma oportunidade e material únicos para antibalística. Grafeno e seus derivados têm módulos elásticos e resistência à tração particularmente elevados, com um módulo de Young de -1000 Gpa e uma resistência de cerca de 13 a 53 Gpa. Em comparação com as tradicionais fibras e compostos antibalísticos, o potencial do grafeno e seus derivados supera de longe os métodos do atual estado da técnica.

[043] Uma empresa conhecida como Nanocomp Technologies Inc. (Concord, Nova Hampshire, Estados Unidos), trabalhando em conjunto com o U.S. Army's Natick Soldier Center, procura desenvolver uma nova geração de armaduras balísticas leves baseada na tecnologia de nanotubo de carbono (CNT). Em abril de 2009, a empresa alegadamente demonstrou que um painel balístico de composto CNT de - 5 mm de espessura foi capaz de parar uma bala de 9 milímetros. Avanços adicionais na síntese de grafeno e de derivados de grafeno de escala industrial sem dúvida poderia colocar esta tecnologia mais próxima da comercialização.

[044] Lubrificação de Sistemas Mecânicos.

[045] Todos os sistemas mecânicos envolvem atrito entre as partes constituintes interatuantes. Tal interação pode ser tão simples como um deslizamento de rolamento de esferas ao longo de uma cama, um anel de pistão movendo-se contra uma manga de cilindro, ou o contato entre o lóbulo de um eixo de came e o seu seguidor de came. Em todos esses exemplos, o atrito entre as superfícies de interação é um fator a ser considerado. O atrito em qualquer sistema é a causa de estresse, fadiga, desgaste, calor, ruído, vibração e, eventualmente, falha. O outro inimigo comum dos sistemas mecânicos contendo metal acima mencionados é a corrosão.

[046] Na maioria das circunstâncias, a ciência de engenharia tenta reduzir o atrito inerente em sistemas físicos e mecânicos com superfícies em interação por usinagem e acabamento daquelas superfícies até a lisura prática mais elevada. Nenhuma superfície de atrito atual é perfeitamente lisa, ou seja, completamente livre de asperezas. A interação destas asperezas da superfície desigual aumenta o atrito. Conforme necessário, a interação dos componentes dos sistemas físicos e mecânicos são usinadas e polidas até as tolerâncias necessárias para permitir o desempenho adequado e reduzir o atrito inerente. A redução acentuada no atrito através do chamado "superpolimento" de componentes até tolerâncias mais elevadas (Ra < 50 nm), até o momento, significou tempo e custos de produção adicionais substanciais. Em geral, a ciência de usinagem moderna é forçada a lidar com exatidão de usinagem, por motivos de economia.

[047] Além disso, todos os motores de combustão interna, incluindo gasolina e diesel, tanto de aspiração quanto turboalimentados, e outros sistemas contendo engrenagem, —exigem lubrificação para o funcionamento adequado. Várias tentativas de fornecer lubrificação ideal dessas máquinas foram feitas no campo de lubrificação de motores e de engrenagens desde a sua criação. A primeira de tais tentativas de lubrificações, tais como o óleo de oliva e certos sabões carbólicos, tem desde então sido substituída por lubrificantes à base de hidrocarbonetos mais sofisticados, muitos deles contendo embalagens aditivas ainda mais sofisticadas e cada tal aditivo tentando solucionar vários problemas inerentes nestes sistemas de lubrificação.

[048] O atual estado da técnica para lubrificação de sistemas mecânicos contendo metal, como motores de combustão interna, é a utilização de técnicas de lubrificação elasto-hidrodinâmica (EHL) que utilizam métodos e materiais para "lidar com" o problema de asperezas na interação de superfícies metálicas de sistemas mecânicos pelo uso de fluidos não compressíveis e revestimentos de barreira para evitar o contato metal- metal. Nenhum desses métodos afeta os chamados valores de Ra (rugosidade média) das “superfícies de componente metálico em interação e não fazem nada para amenizar os efeitos que causam o atrito das asperezas em si.

[049] Para preservar e proteger as superfícies de atrito de metal e os sistemas que incluem os mesmos, vários aditivos lubrificantes são usados para uma variedade de finalidades, como dispersantes, inibidores de corrosão, melhoradores de viscosidade, agentes de inchaço de vedação, depressores do ponto de fluidez, inibidores de espuma,

agentes antidesgaste e antioxidantes.

Alguns aditivos lubrificantes que foram desenvolvidos para reduzir o atrito incluem os seguintes: triortocresilfosfato (TOCP, ou simplesmente TCP), popular em lubrificantes de aviação, porém conhecido por atacar lentamente juntas e vedações; detergentes de hidrocarbonetos naftênicos, conhecidos por se combinarem com os produtos de combustão incompleta para formar ácido clorídrico; dialquilditiofosfatos de zinco (ZDDPs), problemáticos para os veículos equipados com conversores catalíticos; parafinas cloradas, identificadas globalmente como extremamente prejudiciais à vida aquática; sólidos suspensos, como o politetrafluoretileno (PTFE, nome comercial Teflono), considerados indesejáveis para lubrificação por muitos; pó de grafite, considerado por muitos indesejável em sistemas que utilizam rolamentos; molibdênio, um metal relatado por reduzir a economia de combustível; nanocebolas de dissulfeto de tungstênio, uma solução de barreira temporária; Buckminster fulerenos, outra solução temporária e cara, e nanodiamentes suspensos em grafite para desencorajar a agregação típica das partículas abrasivas, novamente invocando as queixas por aqueles que se opõem ao grafite empregado em sistemas contendo “rolamentos.

Aditivos lubrificantes geralmente também contêm fosfatos e sulfetos que, em decomposição, podem contribuir para a produção de gases nocivos.

[050] Depósitos carbonáceos dentro de sistemas mecânicos são quase universalmente considerados indesejáveis, deste modo, os lubrificantes modernos são especificamente projetados e formulados para inibir e/ou prevenir a formação de quaisquer depósitos carbonáceos.

A sabedoria de EDH convencional sugere que lubrificantes de óleo de motor de combustão interna devem ser formulados para serem fisicamente e quimicamente estáveis quanto possível para resistir à degradação térmica do lubrificante base e seus aditivos por combustão incompleta e pirólise, não incentivando-os; isto porque os produtos de tal colapso térmico de lubrificantes convencionais produzem depósitos carbonáceos prejudiciais (como lodo) que tendem a obstruir as válvulas, revestir os anéis de pistão e geralmente diminuir a eficiência operacional e a expectativa de vida de um motor.

Dispersantes são comumente utilizados em lubrificantes para evitar a agregação de lodo (consulte, por exemplo, Won et al., "Effect of Temperature on Carbon- Black Agglomeration in Hydrocarbon Liquid with Adsorbed Dispersant", Langmuir, Vol. 21, PP. 92924-932, 2005; Tomlinson et al., "Adsorption Properties of Succinimide Dispersants on Carbonaceous Substrates", Carbon, Vol. 38, pp. 13-28, 2000; Wang, "Synthetic and Characterization of Ethylene Carbonate Modified Polyisobutylene Succinimide Dispersants", Tese de Mestrado da Universidade de Waterloo,

2010). Fuligem blow-by do motor, que é o resultado da combustão incompleta, demonstrou ser altamente abrasiva e capaz de danificar as partes de metal (consulte, por exemplo, Jao et al., "Soot Characterisation and Diesel Engine Wear", Lubrication Science, Vol. 16, pp. 111-126, 2004; Ryason et al., "Polishing Wear by Soot", Wear, Vol. 137, pp. 15-24, 1990; Yamaguchi et al., "Soot Wear in Diesel Engines", Journal of Engineering Tribology, Vol. 220, pp. 463-469, 2006; Gautam et al., "Effect of Diesel Soot Contaminated Oil on Engine Wear - Investigation of Novel Oil Formulations", Tribology International, Vol. 32, Pp. 687-699, 1999). Óleos de motor "sem cinzas" são outro exemplo de produtos que sustentam a noção de que formulações de lubrificantes devem ser mantidas isentas de partículas de carbono o quanto for possível, e que todos os depósitos de motor carbonáceos são prejudiciais e ruins. Sob o paradigma atual de EDH, a degradação térmica e a pirólise de aditivos lubrificantes, resultando na formação de fuligen e depósitos carbonáceos, é universalmente considerada indesejável.

[051] os atuais padrões de teste para os lubrificantes e seus aditivos são evidência ainda maior do paradigma de lubrificação, e sustentam o mesmo. O teste de volatilidade Noack (ASTM D5800) mede a vaporização da formulação lubrificante em função da temperatura, porque formulações se tornam mais viscosas com maior vaporização. O teste envolve colocar uma massa de óleo de motor em um dispositivo Noack a 250 ºC, com um fluxo constante de ar sobre a amostra durante 1 hora. Em seguida, a amostra é pesada para determinar a perda de massa devido à perda de compostos orgânicos voláteis (VOCs). A perda aceitável em massa não deve ser maior que - 13 a 15%. Um lubrificante deve passar neste teste para ganhar aprovação do padrão de óleo de motor API CJ-4 (Estados Unidos) ou do padrão de óleo de motor ISLAC GF-4 (União Europeia).

[052] Outros testes de evaporação industriais de lubrificante incluem ASTM D972 e ASTM D2595. O ASTM D972 testa a formulação lubrificante em temperaturas entre 100 e 150 ºC, com um fluxo de ar constante (2 L/min) sobre a amostra. ASTM D2595 testa a formulação lubrificante em temperaturas entre 93 e 316 ºC com um fluxo de ar constante (2 L/min) sobre a amostra.

[053] A indústria de lubrificantes moderna usa quase exclusivamente um lubrificante de base de hidrocarbonetos de cadeia linear ou ramificada em formulações lubrificantes EHL, juntamente com quantidades relativamente pequenas de uma combinação de aditivos comparativamente caros, incluindo, em alguns casos, aditivos contendo carbono cíclico como certos fenóis antioxidantes "impedidos", certos salicilatos e certas aminas. Mais comumente, o uso de aditivos antioxidantes lubrificantes contendo carbono cíclico na técnica anterior é limitada aos esforços para melhorar ou proteger o lubrificante de base subjacente principalmente inibindo a sua oxidação dos radicais de peróxidos formados in situ.

[054] Todo o paradigma de lubrificação EHL acima mencionado e os padrões de teste industriais baseiam-se na premissa de que produtos carbonáceos de combustão incompleta ou pirólise são universalmente prejudiciais e indesejáveis dentro dos motores e sistemas mecânicos. Isto sugere que o resultado ideal de uso de lubrificantes contendo detergentes, dispersantes e filmes de limite é manter os componentes internos de um sistema mecânico lubrificados, bem como perfeitamente limpos, isentos de depósitos carbonáceos e de desgaste abrasivo, conforme for possível.

[055] Produção e Uso dos Fulerenos em Lubrificação.

[056] Fulerenos, primeiramente descobertos em 1985 e com o nome do arquiteto do domo geodésico Buckminster Fuller, são uma classe de moléculas com camadas externas compostas inteiramente de anéis de carbono. A variedade esférica básica do fulereno é o Buckminster fulereno ou, simplesmente, "buckyball". Buckyballs podem ser de natureza endoédrica, com vários átomos, íons ou complexos aprisionados dentro de seus núcleos ocos. Metalofulerenos endoédricos, que contêm íons metálicos, são objeto de significativa investigação e estudo científico atual.

[057] Em termos matemáticos, um buckyball é um poliedro convexo trivalente, composto de anéis de carbono pentagonais e hexagonais. Buckyballs seguem a fórmula do poliedro de Euler, em que V - E + F = 2, onde V, E e F são o número de vértices, arestas e faces no exterior da bola. Em termos de fulerenos não isomórficos, existem algumas

214.127.713 variedades diferentes. Buckyballs puros simples estão comercialmente disponíveis nas configurações Cç« Ee C70, mas são muito caros; em geral, de 900 a 1.000 dólares por 100 mg de material.

[058] Diamantes bucky são complexos de carbono em nanoescala de um núcleo de diamante dentro de uma camada de fulereno ou tipo fulereno (consulte, por exemplo, Barnard et al, "Coexistence of Bucky-diamond with nanodiamond and fullerene carbon phases", Physical Review B, Vol. 68, 073406, 2003). Acredita-se agora que essa estrutura seja uma estrutura intermediária entre a interconversão de nanocebolas e nanodiamantes. Barnard et al. preveem que diamantes bucky são uma forma metaestável de carbono como a coexistência de nanodiamantes e fulereno em uma escala de tamanho de -500 a 1.850 átomos (-1,4 a 2,2 nm de diâmetro).

[059] Barnard et al. ("Substitutional Nitrogen in

Nanodiamond and Bucky-Diamond Particles", J. Phys. Chem. B. Vol. 109, pp. 17107-17112, 2005) demonstram que é possível incorporar heteroátomos, como nitrogênio, neste caso, na estrutura do diamante Bucky. Recentemente, Yu et al. ("Is There a Stable Bucky-diamond Structure for SiC Cluster", submetido ao Journal of Chemical Physics em 24 de agosto de 2011) propôs uma estrutura estável de diamante Bucky S168C7 baseada em modelagem molecular de computador. No estado estável, não acredita-se que o núcleo de nanodiamante e a parte externa tipo fulereno estejam quimicamente ligados entre si. A modelagem de Yu et al. previu que, após o aquecimento dessa estrutura de Si-C, o núcleo de 35 átomos poderia se decompor em uma temperatura mais baixa do que a parte externa de 112 átomos, o núcleo sendo então incorporado na parte externa para formar uma estrutura de parte externa tipo fulereno retida maior após o resfriamento.

[060] Fulerenos são uma nova nanotecnologia promissora na ciência de lubrificação. Tem havido muitas tentativas de usar fulerenos como lubrificantes de barreira para preencher asperezas e fornecer um filme tribológico sobre partes móveis. Infelizmente, meios em larga escala e comercialmente viáveis para a produção de fulerenos úteis mostraram-se elusivos. Novamente, o estado atual da técnica em tribologia se focou em filmes tribológicos e revestimentos nas superfícies das partes móveis. No entanto, este velho paradigma não lida com a causa subjacente do atrito em si, as asperezas sobre as partes de metal que interagem.

[061] O advento da nanotecnologia e da ciência de tribologia introduziram várias novas abordagens para a lubrificação através do uso de diversas nanopartículas. A Publicação do Pedido de Patente Internacional Norte- Americana No. 2007/0292698, intitulada “Trimetaspheres as Dry Lubricants, Wet Lubricants, Lubricant Additives, Lubricant Coatings, Corrosion-Resistant Coatings and Thermally-Conductive Materials”, por Gause e publicada em de dezembro de 2007, divulga o uso de buckyballs de metafluoreno contendo escândio como um lubrificante sólido suspenso, no lugar de fulerenos de carbono simples ou "buckyballs", que se degradam rapidamente em temperaturas elevadas.

[062] O uso de nanodiamantes de Bucky individuais (SNBDs) externamente separados como aditivos lubrificantes foi postulado, no entanto, estas moléculas são inerentemente difíceis de separar dos aglomerados indesejados, uma etapa necessária para torná-los úteis em lubrificação e outras aplicações (consulte, por exemplo, Ho, D. (ed. ) Nanodiamonds: Applications in Biology and Nanoscale Medicine. Cáp. 1, "Single-Nano Buckydiamond

Particles, Synthesis Strategies, Characterization Methodologies and Emerging Applications", por Osawa, E., Springer Science + Business Media, LLC, Nova Iorque, 2010).

[063] NanoMaterials, Ltd. (Nes Ziona, Israel) produziu uma série de lubrificantes contendo nanopó de dissulfeto de tungstênio. Estas estruturas de cebola de sulfeto de tungstênio negras destinam-se a preencher as asperezas superficiais e derramar camadas para atuar como uma superfície de barreira de interação de baixo atrito entre os componentes do motor de metal que interagem.

[064] NanoLube, Inc. (Lombard, Illinois, Estados Unidos) declara a produção de nanoesferas de carbono não abrasivas, sob o nome DiamondLube"", que são introduzidas em lubrificantes para reduzir o atrito. O produto NanoLube"" parece ser caro, mas simples fulerenos suspensos em óleo leve.

[065] PlasmaChem GmbH (Berlim, Alemanha) comercializa um aditivo para óleos de motor sob a marca ADDOG, que declara conter nanopartículas de diamante e grafite formadas pela síntese de detonação capaz de polir partes internas de motor até uma lisura como de espelho. O grafite é presumivelmente adicionado à suspensão para reduzir a aglomeração dos nanodiamantes.

[066] A detonação de nanodiamante é um produto de nanodiamantes tipicamente formado pela detonação explosiva de uma mistura deficiente de oxigênio de trinitrotolueno e hexogeno (consulte, por exemplo, Mochalin et al, "The properties and applications of nanodiamonds", Nature Nanotechnology, Vol. 7, páginas 11-23, 2012). os nanodiamantes resultantes estão geralmente sob a forma de grupamentos de 1 um de partículas diamantoides de 5 nm, cada nanopartícula compreendendo um núcleo de diamante com uma camada de grupos funcionais de superfície.

[067] Outros métodos de formação de nanodiamantes utilizam técnicas de não detonação, como ablação a laser, moagem com esferas de alta energia de microcristais de diamante, deposição química em fase vapor assistida por plasma, síntese de autoclave, cloração de carbonetos, irradiação iônica de grafite, irradiação com elétrons de nanocebolas de carbono e cavitação por ultrassom. Estes nanodiamantes de não detonação resultantes têm uma tendência de se agruparem após a síntese, e muito esforço tem sido dedicado ao desenvolvimento de processos para separar de forma limpa os produtos de nanodiamante aglomerados.

[068] O elemento comum na maioria destas soluções para redução do atrito, bem como o atual estado da técnica, é a utilização de técnicas de lubrificação elasto- hidrodinâmica (EHL) que utilizam métodos e materiais para "lidar com" o problema de asperezas na interação de superfícies metálicas de sistemas mecânicos, e não para remover ou "solucionar" a causa principal do problema - as asperezas em si. Esses métodos e materiais que tentam abordar o polimento e a redução das asperezas fazem isso pelo uso de abrasivos de nanodiamante externamente adicionados que devem ser suspensos em materiais empregados para impedir a sua aglomeração em grupamentos indesejavelmente grandes. Nenhum dos métodos e materiais acima mencionados envolvem técnicas ou meios para a formação in situ de partículas tribológicas carbonáceas benéficas ou nanoabrasivos de precursores líquidos, uma nova abordagem que lida com o problema inerente no atual estado da técnica de aglomeração de partículas indesejáveis de abrasivos lubrificantes de nanodiamante externamente adicionadas.

RESUMO DA INVENÇÃO

[069] A invenção refere-se aos métodos para a síntese fácil de grafeno, derivados de grafeno e nanopartículas, e ao uso dos mesmos como aditivos lubrificantes tribologicamente benéficos. Os produtos dos métodos da invenção têm numerosas aplicações em muitos campos, incluindo, mas sem se limitar a tribologia, nanotecnologia, usinagem e ferramentaria, lubrificação, metalurgia, perfuração, mineração, fabricação de tintas, fabricação de revestimentos anticorrosivos, escavação de rocha, condução, fabricação de moldes, fabricação de lente óptica, engenharia militar, lapidação e polimento de pedras preciosas, engenharia aeroespacial, engenharia automotiva, trilhos de alta velocidade, engenharia marinha, medicina, medicina nuclear, visualização de imagens médicas e diagnósticos, fabricação de caminhões, guindastes e equipamentos pesados, fabricação de equipamentos agrícolas, fabricação de motocicletas, fabricação de motores elétricos, fabricação de cabos e fios, areamento, geração de energia elétrica nuclear, solar, eólica e convencional, geração de energia hidrelétrica, eletrônica, tecnologia de circuito integrado, tecnologia de baterias, fabricação de compostos para polimento, fabricação de aço, polimento de metais e endurecimento químico de superfícies metálicas.

[070] A invenção refere-se ainda às composições de lubrificação compreendendo um lubrificante e pelo menos um aditivo selecionado para servir como uma fonte de carbono sacrificial na formação in situ de estruturas de carbono grafíticas tribologicamente úteis sob condições localmente pirolíticas de funcionamento normal. Além disso, métodos para a síntese ex situ de grafeno, óxido de grafeno, óxido de grafeno reduzido e outras estruturas derivadas de grafeno e nanopartículas abrasivas são divulgados. Os meios para separar os produtos ex situ são adicionalmente revelados pelo uso de um aparelho de "forno dinâmico".

[071] Além disso, a invenção é particularmente útil, uma vez que se refere às composições lubrificantes e métodos para polimento, endurecimento e lubrificação de partes móveis em motores, turbopropulsores, turbinas, trilhos, camas, rodas, rolamentos, eixos, transmissões, sistemas de engrenagem e outros sistemas físicos e mecânicos que utilizam superfícies duras de interação usinadas. Em uma modalidade, os métodos e as composições de lubrificação fornecem, entre outras coisas, perfeição quase sem atrito em superfícies em interação metálicas.

[072] Em uma modalidade, a composição lubrificante da invenção permite que o motor, turbopropulsor ou turbina produza mais potência útil e torque do que quando lubrificado com um lubrificante convencional, uma vez que o atrito é diminuído através do efeito de lubrificação e polimento de composições e métodos de lubrificação. Observa-se que indicadores de eficiência, como potência do motor e torque, aumentam durante um período de dias, a semanas ou meses de uso normal após a introdução inicial da composição lubrificante no motor. Em algumas modalidades, os benefícios dos métodos e da composição lubrificante divulgados neste documento incluem a formação de um limite tribológico de nanopartículas ou nanoplacas sobre as superfícies das partes móveis lubrificadas, onde tais nanopartículas ou nanoplacas servem para remover ativamente a oxidação da superfície metálica, encapsulá-la e fazer uso benéfico das moléculas de oxidação no desempenho de uma função na redução do atrito.

[073] No caso da medicina, medicina nuclear, formação de imagens médicas e diagnósticos, a invenção produz vetores altamente inertes, seguros e infinitamente pequenos para a liberação de isótopos radioativos, outros íons metálicos ou outros agentes terapêuticos ligados aos íons, para locais dentro do corpo por razões terapêuticas ou para melhorar a resolução de imagens magnéticas ou outras de diagnóstico. Além disso, esses —esferoides magnéticos ou paramagnéticos podem ser usados para erradicar tumores e células cancerosas em um campo magnético forte artificialmente induzido, como em visualização por ressonância magnética (RM), para forçar os esferoides a girar ou oscilar violentamente, produzindo calor suficiente para destruir termicamente as células alvo ou os tecidos de dentro.

[074] Em uma modalidade, a invenção compreende uma reação de desidratação econômica ou pirólise de refluxo para formar carbono grafítico a partir de uma fonte de carbono de material carbonáceo. Pode-se aumentar a escala dos métodos para produção industrial. A fonte de carbono é preferencialmente um açúcar ou outra estrutura contendo anel de 6 carbonos, embora outros materiais carbonáceos podem estar sujeitos à desidratação, pirólise, oxidação ou combustão incompleta para servir como a fonte de carbono. A fonte de carbono é submetida à pirólise de refluxo, oxidação/redução, combustão incompleta ou desidratação ácida para formar o material de partida reagente de carbono grafítico. Em uma modalidade, o carbono grafítico é submetido a um refluxo com um solvente líquido e grafeno/óxido de grafeno (GO) é emitido como carepas nanoscópicas ou "nanocarepas" suspensas em um vapor/vaporização. Em uma modalidade, uma fonte de carbono grafítica pode ser submetida ao ataque físico por um líquido ou vapor altamente pressurizado para produzir carepas de grafeno mecanicamente esfoliadas sem a necessidade da etapa de pirólise, desidratação ou oxidação. As carepas de grafeno/GO resultantes podem se deslocar no vapor e ser coletadas pela deposição direta sobre um substrato sólido em contato físico com o vapor emitido, ou pela aplicação de vapor contendo partícula a uma solução aquosa ou líquido usado para promover a "automontagem hidrofóbica" das carepas em folhas de grafeno/GO maiores.

[075] Em uma modalidade, o ambiente reacional é controlado para limitar a quantidade de oxigênio ambiente (02) na câmara, desestimulando a combustão completa dos reagentes durante o aquecimento. Em uma modalidade, a reação é realizada na presença de um solvente adicionado.

Em uma modalidade, o GO produzido é convertido em óxido de grafeno reduzido (rGO) ou folhas de grafeno suspensas em um meio de coleta de líquido aquecido ou não aquecido. O rGO ou as folhas de grafeno resultantes podem ser usadas para produzir uma ampla gama de produtos úteis, incluindo, mas sem se limitar aos revestimentos protetores e compostos reforçados de grafeno de baixo peso e alta resistência, fios e fibras.

[076] Em uma modalidade, um material de partida carbonado é submetido a uma reação de desidratação ou pirólise para formar carbono grafítico. Em uma modalidade, a fonte carbonácea é grafítica. O carbono grafítico é submetido ao refluxo na presença de um solvente, formando carepas de grafeno/GO ou hidrocarbonetos aromáticos policíclicos sintetizados por refluxo (PAHs), a serem emitidos em um vapor resultante após aquecimento. As carepas de grafeno/GO ou PAHs são coletadas por deposição sobre um substrato sólido em contato físico com o vapor emitido ou aplicando o vapor a um grupo líquido aquoso para a automontagem de grafeno/GO hidrofóbico. O processo é industrialmente escalonável. Em algumas modalidades, o GO produzido é convertido em folhas de óxido de grafeno reduzido (rGO) suspensas em um meio líquido aquecido ou não aquecido.

[077] Em uma modalidade, a invenção refere-se à produção de nanopartículas abrasivas úteis como agentes de polimento. Nanopartículas abrasivas, de acordo com esta modalidade, podem ser criadas pela adição de um óxido de metal ou nanodiamantes à mistura reacional.

[078] Em uma modalidade, as folhas de grafeno resultantes podem ser usadas para produzir uma gama de produtos úteis, incluindo, mas sem se limitar aos compostos reforçados com grafeno de baixo peso e alta resistência.

[079] Em uma modalidade, aditivos adequados para lubrificantes convencionais promovem a formação in situ de nanopartículas contendo carbono grafítico tribologicamente úteis em quantidades tribologicamente eficazes. Em uma modalidade, o aditivo compreende uma estrutura química tendo pelo menos um anel de carbono. Em uma modalidade, as nanopartículas são nanopartículas abrasivas que atuam como agentes de nanopolimento nano para nanopolir superfícies de atrito até uma alta lisura pela redução ou remoção de asperezas, reduzindo assim o atrito entre as superfícies de desgaste. Em uma modalidade, o aditivo ao lubrificante compreende uma forma de carbono grafítico que é formada ex situ, antes da adição ao lubrificante para formar uma composição lubrificante.

[080] Em uma modalidade, o aditivo ao lubrificante compreende uma molécula complexa de ferro. Em uma modalidade, o aditivo compreende nanopartículas de material particulado contendo carbono. Em uma modalidade, o aditivo é dissolvido no lubrificante para formar a composição lubrificante. Em uma modalidade, o aditivo é miscível com o lubrificante para formar a composição lubrificante. Em uma modalidade, uma molécula precursora contendo carbono sob a forma de um ou mais anfifílicos tipo açúcar, é empregada para fornecer um açúcar ou componente tipo açúcar na composição lubrificante que não tende a congelar ou entupir os componentes internos do sistema. Em uma modalidade, moléculas precursoras contendo carbono cíclico são adicionadas ao lubrificante sob a forma de uma solução existente comercialmente disponível que já contém tais precursores. O carbono grafítico sintetizado não melhora as propriedades de lubrificação físicas inerentes do lubrificante de base convencional, mas sim atua para transferir e absorver calor, formar revestimentos tribológicos sobre partes internas e converter em nanoabrasivos que promovem o nanopolimento de superfícies metálicas do sistema lubrificado, resultando em redução de atrito.

[081] Em uma modalidade, a redução adicional do atrito e maior eficiência de lubrificação é conseguida usando um lubrificante convencional com uma viscosidade mais baixa do que outros lubrificantes convencionais. A eliminação efetiva de asperezas por nanopolimento elimina a necessidade de usar formulações viscosas que normalmente se destinam a aderir as asperezas sob alto cisalhamento. A lisura das superfícies de desgaste também permite a operação de um motor com um filme mais fino de lubrificação, que resulta do uso de um fluido de menor viscosidade entre duas superfícies de desgaste sem danificar as partes metálicas. O fluido de base de viscosidade mais baixa oferece menos resistência para as partes móveis, melhorando assim a eficiência do sistema de lubrificação e do sistema mecânico que ele está lubrificando.

[082] Em uma modalidade, os métodos fornecem e produzem um filme redutor de atrito ou revestimento das partes do sistema mecânico interno através da circulação da composição lubrificante, enquanto ainda fazem uso de produtos de combustão de motor de ocorrência natural para produzir um filme ou revestimento. Em outras modalidades, os métodos entregam e produzem um filme redutor de atrito ou revestimento apenas por meio da circulação de lubrificante.

[083] Em uma modalidade, as composições lubrificantes melhoram o desempenho do motor, turbopropulsor, turbina, engrenagem ou outro componente ou sistema. Em uma modalidade, as composições lubrificantes fornecem filmes redutores de atrito tribológicos e revestimentos para composições de óleo lubrificante automotivo e aeroespacial, incluindo a lubrificação dos sistemas de engrenagem, rolamento ou mancal. Em algumas modalidades, as composições lubrificantes reduzem o atrito entre as superfícies de desgaste por micropolimento das superfícies de desgaste até uma aspereza de superfície inferior ao longo do tempo, durante a lubrificação do sistema durante a operação.

[084] Em uma modalidade, as composições lubrificantes se combinam com produtos de combustão que ocorrem naturalmente e subprodutos por reação química para fornecer filmes redutores de atrito tribológicos e revestimentos para superfícies de atrito de partes mecânicas automotivas e aeroespaciais. Em uma modalidade, aditivos nas composições lubrificantes se combinam por reação química entre si para fornecer filmes redutores de atrito tribológicos e revestimentos para superfícies de atrito de peças mecânicas automotivas e aeroespaciais.

[085] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de síntese de grafeno que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um material carbonáceo promotor da formação de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos sob condições que inibem a combustão completa do material carbonáceo, posteriormente coletar vapores produzidos pelo refluxo da mistura reacional e direcionar os vapores para um substrato, depois do que o grafeno é depositado sobre a superfície do substrato; e recuperar o grafeno da superfície do substrato.

[086] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de produção de óxido de grafeno que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente, pelo menos um oxidante e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico sob condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono, coletando então um fluxo de vapor produzido pelo refluxo da mistura reacional, em seguida direcionar o fluxo de vapor para um substrato, depois de depositar o óxido de grafeno sobre a superfície do substrato e recuperar óxido de grafeno da superfície do substrato.

[087] Uma composição lubrificante que compreende um lubrificante de base e pelo menos um aditivo contendo carbono que forma, em condições localmente pirolíticas, uma quantidade tribologicamente eficaz de pelo menos uma estrutura contendo carbono grafítico.

[088] Em uma modalidade, a invenção compreende uma composição lubrificante que compreende um lubrificante de base e grafeno, em que o grafeno foi formado antes da combinação com o lubrificante de base.

[089] Em uma modalidade, a invenção compreende uma composição lubrificante que compreende um lubrificante de base e um ou mais diamantes Bucky, em que pelo menos alguns dos diamantes Bucky compreendem ferro ou uma molécula contendo ferro.

[090] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de lubrificação de um sistema mecânico que compreende pelo menos uma superfície de atrito interna com asperezas, o método compreendendo o funcionamento do sistema mecânico com uma composição lubrificante que compreende um agente de nanopolimento para remover as asperezas da superfície de atrito interna, em que a composição lubrificante compreende pelo menos um aditivo contendo carbono que se forma in situ, sob condições localmente pirolíticas dentro do sistema mecânico, pelo menos um agente de nanopolimento.

[091] Em uma modalidade, a invenção compreende um revestimento tribológico que compreende óxido de grafeno.

[092] Em uma modalidade, a invenção compreende uma composição lubrificante que compreende um lubrificante de base e pelo menos um aditivo contendo carbono que forma, em condições localmente pirolíticas, uma quantidade tribologicamente eficaz de óxido de grafeno.

[093] Em uma modalidade, a invenção compreende uma composição lubrificante que compreende um lubrificante de base e pelo menos um aditivo contendo carbono que forma, em condições localmente pirolíticas, uma quantidade tribologicamente eficaz de óxido de grafeno reduzido.

[094] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de síntese de uma pluralidade de nanopartículas abrasivas com superfície grafitizada que compreende submeter a refluxo uma mistura racional que compreende pelo menos um solvente, pelo menos um óxido de metal e pelo menos um composto que promove a formação de hidrocarbonetos aromáticos —“policíclicos para formar pelo menos uma nanopartícula abrasiva com superfície grafitizada e, posteriormente, coletar as nanopartículas abrasivas com superfície grafitizada da mistura reacional.

[095] Em uma modalidade, a invenção compreende métodos de uso do grafeno em formulações de liberação de fármaco, formulações de contraste para visualização de imagens “médicas, dispositivos de próteses metálicas, agentes de polimento e dispositivos de próteses metálicas e dispositivos aço polidos pelo agente de polimento, formulações de detergente e materiais sólidos macroscópicos que compreendem nanopartículas abrasivas com superfície grafitizada.

[096] Em uma modalidade, a invenção compreende uma nanopartícula que compreende um núcleo que compreende pelo menos um átomo de metal e uma parte externa com superfície grafitizada ao redor do núcleo. Em uma modalidade, a parte externa com superfície grafitizada compreende uma parte externa de carbono fulereno.

[097] Em uma modalidade, a invenção compreende um aglomerado de micropartículas compreendendo pelo menos uma nanopartícula, em que a nanopartícula compreende um núcleo que compreende pelo menos um átomo de metal e uma parte externa com superfície grafitizada ao redor do núcleo, e pelo menos uma estrutura de carbono grafítico associada com as nanopartículas. Em uma modalidade, a parte externa com superfície grafitizada compreende uma parte externa de carbono fulereno e uma estrutura grafítica que compreende grafeno e/ou seus derivados.

[098] Em uma modalidade, a invenção compreende uma composição lubrificante que compreende um lubrificante de base e uma quantidade tribologicamente eficaz de uma pluralidade de nanopartículas compreendendo um núcleo que compreende pelo menos um átomo de metal e uma parte externa com superfície grafitizada ao redor do núcleo. Em uma modalidade, a parte externa com superfície grafitizada compreende uma parte externa de carbono fulereno.

[099] Em uma modalidade, a invenção compreende uma formulação aditiva para adição a um lubrificante de base, a formulação aditiva compreendendo um solvente de base e uma quantidade efetiva de pelo menos um aditivo contendo carbono, depois de formas aditivas contendo carbono formarem, mediante pirólise local, uma quantidade tribologicamente eficaz de pelo menos uma estrutura contendo carbono grafítico.

[100] Em uma modalidade, a invenção compreende um revestimento aplicado a uma superfície de um material, o revestimento compreendendo pelo menos uma nanopartícula que compreende um núcleo composto por pelo menos um átomo de metal e uma parte externa com superfície grafitizada ao redor do núcleo. Em uma modalidade, a parte externa com superfície grafitizada compreende uma parte externa de carbono fulereno.

[101] Em uma modalidade, a invenção compreende um material composto que compreende um material de matriz e pelo menos uma nanopartícula dispersa no material de matriz, as nanopartículas compreendendo um núcleo composto pelo menos por um átomo de metal e uma parte externa com superfície grafitizada em torno do núcleo. Em uma modalidade, a parte externa com superfície grafitizada compreende uma parte externa de carbono fulereno.

[102] Em uma modalidade, a invenção compreende um material composto que compreende um material revestido com uma solução composta por grafeno, em que a solução compreendendo —“grafeno é feita por um processo que compreende “submeter a refluxo uma mistura reacional compreendendo pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico em condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono e, em seguida, aplicar a mistura reacional à superfície de um material composto.

[103] Em uma modalidade, a invenção compreende um material composto que compreende fibras revestidas com uma solução composta por grafeno, em que a solução compreendendo —“grafeno é feita por um processo que compreende “submeter a refluxo uma mistura reacional compreendendo pelo menos um solvente e composto de pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico em condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono Ou monóxido de carbono e, em seguida, aplicar a mistura reacional à superfície das fibras que compõem um material composto.

[104] Em uma modalidade, a invenção compreende um material composto que compreende uma malha de fibras revestidas com uma solução composta por grafeno, em que a solução compreendendo grafeno é feita por um processo que compreende “submeter a refluxo uma mistura reacional compreendendo pelo menos um solvente e composta de pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico em condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono e, em seguida, aplicar a mistura reacional à superfície das fibras que compõem um material composto.

[105] Em uma modalidade, a invenção compreende uma mistura de concreto misturada com uma solução que compreende grafeno e seus derivados, em que a solução compreendendo grafeno e seus derivados é feita por um processo que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico em condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono e, em seguida, misturar a mistura reacional com a mistura de concreto.

[106] Em uma modalidade, a invenção compreende uma mistura de asfalto misturada com uma solução que compreende grafeno e seus derivados, em que a solução compreendendo grafeno e seus derivados é feita por um processo que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico em condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono e, em seguida, misturar a mistura reacional com a mistura de asfalto.

[107] Em uma modalidade, a invenção compreende fibra de vidro revestida com uma solução que compreende grafeno e seus derivados, em que a solução compreendendo grafeno e seus derivados é feita por um processo que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico em condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono e, em seguida, aplicar a mistura reacional à superfície da fibra de vidro.

[108] Em uma modalidade, a invenção compreende plástico revestido com uma solução que compreende grafeno e seus derivados, em que a solução compreendendo grafeno e seus derivados é feita por um processo que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico em condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono e, em seguida, aplicar a mistura reacional à superfície do plástico.

[109] Em uma modalidade, a invenção compreende uma mistura de polímeros configurada para preparar um plástico misturado com uma solução que compreende grafeno e seus derivados, em que a solução compreendendo grafeno e seus derivados é feita por um processo que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico em condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono e, em seguida, misturar a mistura reacional com uma mistura polímeros configurados para preparar um plástico.

[110] Em uma modalidade, a invenção compreende grafite revestido com uma solução que compreende grafeno e seus derivados, em que a solução compreendendo grafeno e seus derivados é feita por um processo que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico em condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono e, em seguida, revestir o grafite com a mistura reacional.

[111] Em uma modalidade, a invenção compreende um fio ou cabo revestido com uma solução que compreende grafeno e seus derivados, em que a solução compreendendo grafeno e seus derivados é feita por um processo que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico em condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono e, em seguida, revestir o fio ou cabo com a mistura reacional.

[112] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de síntese de nanoaço que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional compreendendo pelo menos um solvente, pelo menos um óxido metálico e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico para formar pelo menos uma nanopartícula abrasiva com superfície grafitizada, em seguida coletar um fluxo de vapor produzido pelo refluxo da mistura reacional contendo a nanopartícula abrasiva com superfície grafitizada e submeter o fluxo de vapor coletado a um tratamento de recozimento.

[113] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de coleta de grafeno compreendendo submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico e, em seguida, coletar um fluxo de vapor produzido pelo refluxo da mistura reacional.

[114] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de coleta de derivado de grafeno compreendendo submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico e, em seguida, coletar um fluxo de vapor produzido pelo refluxo da mistura reacional.

[115] Em uma modalidade, a invenção compreende um conjunto de coleta configurado para coletar o vapor produzido por refluxo de uma mistura reacional compreendendo pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico.

[116] Em uma modalidade, a invenção compreende uma automontagem hidrofóbica configurada para automontar grafeno e seus derivados a partir do vapor produzido por refluxo de uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico.

[117] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de automontagem ".hidrofóbica de grafeno que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um material carbonáceo promotor da formação de hidrocarbonetos aromáticos —policíclicos sob condições que inibem a combustão completa do material carbonáceo, posteriormente coletar vapores produzidos pelo refluxo da mistura reacional e direcionar os vapores para um substrato aquoso, depois do que o grafeno é depositado sobre a superfície do substrato aquoso; e recuperar o grafeno da superfície do substrato aquoso.

[118] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de produção de grafeno que compreende submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um material carbonáceo promotor da formação de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos sob condições que inibem a combustão completa do material carbonáceo, posteriormente coletar vapores produzidos pelo refluxo da mistura reacional e direcionar os vapores para um substrato, depois do que o grafeno é depositado sobre a superfície do substrato, e recuperar o grafeno da superfície do substrato.

[119] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de lubrificação de um sistema mecânico que compreende operar o sistema mecânico com uma composição lubrificante que compreende uma quantidade efetiva de pelo menos um aditivo contendo carbono que promove a formação química in situ de uma quantidade tribologicamente eficaz de pelo menos uma estrutura contendo carbono grafítico tribologicamente útil durante a operação do sistema mecânico.

[120] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de aumento da eficiência de um motor que compreende operar o motor com uma composição lubrificante que compreende uma quantidade efetiva de pelo menos um aditivo contendo carbono que promove a formação química in situ de uma quantidade tribologicamente eficaz de pelo menos uma estrutura contendo carbono grafítico tribologicamente útil durante a operação do sistema mecânico.

[121] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de diminuição da potência negativa de um motor que compreende operar o motor com uma composição lubrificante que compreende uma quantidade efetiva de pelo menos um aditivo contendo carbono que promove a formação química in situ de uma quantidade tribologicamente eficaz de pelo menos uma estrutura contendo carbono grafítico tribologicamente útil durante a operação do sistema mecânico.

[122] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de diminuição do torque de um motor que compreende operar o motor com uma composição lubrificante que compreende uma quantidade efetiva de pelo menos um aditivo contendo carbono que promove a formação química in situ de uma quantidade tribologicamente eficaz de pelo menos uma estrutura contendo carbono grafítico tribologicamente útil durante a operação do sistema mecânico.

[123] Em uma modalidade, a invenção compreende um método de produção de uma resina, filme, revestimento ou laca tribológica compreendendo submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um material carbonáceo promotor da formação de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos sob condições que inibem a combustão completa do material carbonáceo, posteriormente misturando a mistura reacional com uma resina, filme, revestimento ou laca antes da aplicação ou configuração da resina, filme, revestimento ou laca.

[124] Em uma modalidade, a invenção compreende um forno dinâmico configurado para a produção de nanopartículas abrasivas com superfície grafitizada que compreende —“submeter a refluxo uma mistura reacional compreendendo pelo menos um solvente, pelo menos um óxido metálico e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico para formar pelo menos uma nanopartícula abrasiva com superfície grafitizada, em seguida coletar um fluxo de vapor produzido pelo refluxo da mistura reacional contendo a nanopartícula abrasiva com superfície grafitizada e submeter o fluxo de vapor coletado a um tratamento de alto cisalhamento compreendendo alta velocidade de rotação, oscilação ou vibração de alta frequência, compressão hidrodinâmica, impacto por atrito com uma ou mais partes móveis, agitação sob alta velocidade ou qualquer combinação dos mesmos e, assim, coletar as nanopartículas abrasivas com superfície grafitizada. Em uma modalidade, o forno dinâmico compreende ainda uma topografia de superfície que compreende aletas, barras, saliências, depressões, buracos, asperezas, túneis e qualquer combinação dos mesmos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[125] A invenção será descrita tendo como referência os desenhos associados, em que elementos iguais são referenciados com números iguais.

[126] As Figuras 1A e 1B mostram representações esquemáticas, respectivamente, das etapas de preparação de grafeno/GO e SGAN em uma modalidade da invenção.

[127] A Figura 2A mostra um fluxograma de processo para a formação de um substrato de grafeno/reforçado com GO/revestido ou vapor de grafeno/carepa de GO de um material de partida carbonáceo ou grafítico em uma modalidade da invenção.

[128] A Figura 2B mostra um fluxograma de processo para a formação de um substrato revestido por filme de GO/grafeno ou de uma folha de grafeno/GO/rGO de um vapor de carepa de grafeno/GO em uma modalidade da invenção.

[129] A Figura 3 mostra um sistema de síntese e coleta de grafeno/GO/SGAN esquemático em uma modalidade da invenção.

[130] A Figura 4 mostra uma imagem SEM de um esferoide SGAN em um escape SEM revestido por um primeiro método de deposição de vapor com uma área amostrada em uma modalidade da invenção.

[131] A Figura 5A mostra uma imagem SEM de outro esferoide SGAN no escape SEM com uma primeira área amostrada.

[132] A Figura 5B mostra uma segunda área amostrada do esferoide SGAN da Figura 5A.

[133] A Figura 5C mostra uma terceira área amostrada do esferoide SGAN da Figura 5A.

[134] A Figura 6 mostra uma imagem SEM de uma estrutura cristalina no escape SEM com uma área amostrada em uma modalidade da invenção.

[135] A Figura 7 mostra uma imagem SEM de um esferoide SGAN contendo nanoaço em uma modalidade da invenção.

[136] A Figura 8 mostra uma imagem SEM de um esferoide SGAN em um escape SEM revestido por um segundo método de deposição de vapor com uma área amostrada em uma modalidade da invenção.

[137] A Figura 9 mostra uma imagem SEM de outro esferoide SGAN sobre o escape SEM.

[138] A Figura 10 mostra uma imagem SEM de uma área com inúmeros esferoides SGAN no escape SEM.

[139] A Figura 11 mostra uma imagem SEM de uma área revestida com ouro/paládio do escape SEM.

[140] A Figura 12 mostra uma imagem TEM de uma primeira área de um produto de grafeno em uma grade TEM de carbono em uma modalidade da invenção.

[141] A Figura 13 mostra uma imagem TEM de uma segunda área do produto de grafeno da Figura 12.

[142] A Figura 14 mostra uma imagem TEM de uma terceira área do produto de grafeno da Figura 12.

[143] A Figura 15 mostra uma imagem TEM de uma quarta área do produto de grafeno da Figura 12.

[144] A Figura 16 mostra uma imagem TEM de uma quinta área do produto de grafeno da Figura 12.

[145] A Figura 17 mostra uma imagem TEM de uma sexta área do produto de grafeno da Figura 12.

[146] A Figura 18 mostra uma imagem TEM de uma área de um produto de grafeno em uma grade TEM de cobre em uma modalidade da invenção.

[147] A Figura 19 mostra uma imagem TEM de uma área de um outro produto de grafeno em uma grade TEM de cobre em uma modalidade da invenção.

[148] A Figura 20 mostra os resultados das medições de rugosidade da superfície sobre uma superfície não desgastada de um seguidor de came de aço inoxidável usinado após a exposição a uma composição lubrificante em uma modalidade da invenção.

[149] A Figura 21 mostra os resultados das medições de rugosidade da superfície sobre uma superfície desgastada de um seguidor de came de aço inoxidável usinado após a exposição a uma composição lubrificante em uma modalidade da invenção.

[150] A Figura 22 mostra uma imagem SEM de uma primeira porção de uma superfície não desgastada de um anel de retenção de seguidor de came após a exposição a uma composição lubrificante em uma modalidade da invenção.

[151] A Figura 23 mostra uma imagem SEM de uma segunda porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[152] A Figura 24 mostra uma imagem SEM de uma terceira porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[153] A Figura 25 mostra uma imagem SEM de uma quarta porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[154] A Figura 26 mostra uma micrografia eletrônica de SEM de uma quinta porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[155] A Figura 27 mostra uma imagem SEM de uma sexta porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[156] A Figura 28 mostra uma imagem SEM de uma sétima porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[157] A Figura 29 mostra uma imagem SEM de uma oitava porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[158] A Figura 30 mostra uma imagem SEM de uma nona porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[159] A Figura 31 mostra uma imagem SEM de uma décima porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[160] A Figura 32 mostra uma imagem SEM de uma décima-primeira porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[161] A Figura 33 mostra uma imagem SEM de uma primeira ampliação da estrutura cristalina no lado esquerdo da Figura 32.

[162] A Figura 34 mostra uma imagem SEM de uma décima-segunda porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[163] A Figura 35 mostra uma imagem SEM da estrutura cristalina do lado esquerdo da Figura 32.

[164] A Figura 36 mostra uma imagem SEM da segunda ampliação da estrutura cristalina no lado esquerdo da Figura 32.

[165] A Figura 37 mostra uma imagem SEM de uma décima-terceira porção da superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[166] A Figura 38A mostra uma imagem SEM de um esferoide na superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came com uma primeira área amostrada.

[167] A Figura 38B mostra uma segunda área amostrada do esferoide SGAN da Figura 38A.

[168] A Figura 38C mostra uma terceira área amostrada do esferoide SGAN da Figura 38A.

[169] A Figura 39A mostra uma primeira área amostrada da estrutura cristalina da Figura 35.

[170] A Figura 393 mostra uma segunda Área amostrada da estrutura cristalina da Figura 35.

[171] A Figura 390 mostra uma terceira área amostrada da estrutura cristalina da Figura 35.

[172] A Figura 39D mostra uma quarta área amostrada da estrutura cristalina da Figura 35.

[173] A Figura 39D mostra uma quinta Área amostrada da estrutura cristalina da Figura 35.

[174] A Figura 39F mostra uma sexta área amostrada da estrutura cristalina da Figura 35.

[175] A Figura 39G mostra uma sétima área amostrada da estrutura cristalina da Figura 35.

[176] A Figura 40A mostra uma primeira área amostrada de outro esferoide na superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came.

[177] A Figura 40B mostra uma segunda área amostrada do esferoide SGAN da Figura 40A.

[178] A Figura 40C mostra uma terceira área amostrada do esferoide SGAN da Figura 40A.

[179] A Figura 41 mostra uma imagem SEM de outra estrutura cristalina na superfície não desgastada do anel de retenção de seguidor de came com uma área amostrada.

[180] A Figura 42 mostra uma primeira imagem TEM do material da superfície do seguidor de came.

[181] A Figura 43 mostra uma segunda imagem TEM do material da superfície do seguidor de came.

[182] A Figura 44 mostra uma terceira imagem TEM do material da superfície do seguidor de came.

[183] A Figura 45 mostra uma quarta imagem TEM do material da superfície do seguidor de came.

[184] A Figura 46 mostra uma quinta imagem TEM do material da superfície do seguidor de came.

[185] A Figura 47 mostra uma sexta imagem TEM do material da superfície do seguidor de came.

[186] A Figura 48 mostra uma sétima imagem TEM do material da superfície do seguidor de came.

[187] A Figura 49A mostra uma oitava imagem TEM do material da superfície do seguidor de came.

[188] A Figura 49B mostra uma vista ampliada de uma porção esquerda superior da imagem da Figura 49A.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[189] A invenção refere-se aos métodos para a síntese fácil de grafeno, derivados de grafeno e nanopartículas, e ao uso dos mesmos como aditivos lubrificantes tribologicamente benéficos. Os produtos dos métodos da invenção têm inúmeras aplicações, incluindo, mas sem se limitar aos revestimentos de nível molecular para reforço de composto, proteção térmica, transistores balísticos, circuitos integrados, fibras e cabos de reforço e agentes de nanopolimento.

[190] Cíclico, como usado na presente invenção, refere-se a qualquer molécula com pelo menos um anel de cinco membros ou mais, onde pelo menos metade dos átomos que formam o anel são átomos de carbono. O anel pode ser aromático ou não aromático.

[191] Tribologicamente eficaz, como usado na presente invenção, refere-se à qualquer quantidade de aditivo ou quantidades de vários aditivos a um sistema lubrificado suficiente para ser tribologicamente benéfico para tal sistema lubrificado.

[192] Tribologicamente benéfico, conforme usado neste documento, refere-se à qualquer aditivo que reduz o atrito em um sistema mecânico no qual ele é formado, encontrado ou empregado.

[193] Agente tribológico, conforme usado na presente invenção, refere-se a uma molécula que reduz mensuravelmente o atrito em um sistema mecânico no qual ele é formado, encontrado ou empregado.

[194] Diamante bucky ou nanodiamante bucky, como usado na presente invenção, refere-se à qualquer nanopartícula que tem um núcleo de nanodiamante que pode compreender heteroátomos diferentes de carbono e uma camada carbônica fulerênica formada ao redor do núcleo.

[195] Nanopartícula abrasiva com superfície grafitizada (SGAN), conforme usado na presente invenção, refere-se à qualquer nanopartícula que compreende pelo menos um heteroátomo diferente de carbono envelopado por uma parte externa que compreende substancialmente carbono.

[196] Esferoide, como usado na presente invenção, refere-se a uma partícula que tem uma forma substancialmente como uma esfera, mas que não é necessariamente perfeitamente redonda.

[197] Um material de matriz, como usado na presente invenção, refere-se a qualquer material que forma uma fase contínua em um composto de dois ou mais materiais.

[198] Uma estrutura de espinélio, conforme usada na presente invenção, refere-se a qualquer cristal mineral cúbico de fórmula geral A?'B3*0.2" com os ânions de óxido (O) dispostos em um retículo densamente empacotado cúbico, com os cátions A ocupando todos os sítios tetraédricos e os cátions B ocupando todos os sítios octaédricos no retículo.

[199] Uma estrutura de espinélio inversa, como usado na presente invenção, refere-se a qualquer cristal mineral cúbico de fórmula geral A?'*B2**0.?” com os ânions de óxido dispostos em um retículo densamente empacotado cúbico, com os cátions A ocupando metade dos sítios octaédricos e os cátions B ocupando metade dos sítios octaédricos e todos os sítios tetraédricos no retículo.

[200] Carbono grafítico, como usado na presente invenção, refere-se a qualquer estrutura tendo uma matriz de retículo de carbono, incluindo, mas sem se limitar a grafite, grafeno, óxido de grafeno, fulereno, estrutura tipo fulereno, endofulereno, nanocebola, nanovagem, nanotubo, nanobotão, óxido de grafeno reduzido, carbono lacy e compostos aromáticos policíclicos.

[201] Matriz de retículo de carbono, como usado na presente invenção, refere-se a qualquer estrutura de carbono policíclica bidimensional formada por átomos de carbono hibridizados sp? ou spº?.

[202] Forno dinâmico, como usado na presente invenção, refere-se a um aparelho de forno de síntese de nanopartículas aquecidas que emprega uma força de agitação, ultrassom, centrífuga, centrípeta, compressiva ou de cisalhamento, ou uma combinação dessas forças, durante o estágio de síntese da formação de produto de nanopartículas.

[203] Método ex situ para a síntese de grafeno, óxido de grafeno, óxido de grafeno reduzido e outras estruturas derivadas de grafeno e nanopartículas.

[204] Em um aspecto, a invenção refere-se a um método ex situ para a síntese de grafeno, óxido de grafeno, óxido de grafeno reduzido e outras estruturas derivadas de grafeno e nanopartículas. Uma reação de desidratação econômica ou pirólise sob refluxo pode ser usada para formar carbono grafítico de uma fonte de carbono de material carbonáceo. os métodos divulgados são industrialmente escalonáveis para a produção industrial. A fonte de carbono é preferencialmente um açúcar que contém uma estrutura em anel de 6 membros, embora muitos outros materiais carbonáceos podem ser submetidos à desidratação, pirólise ou oxidação e usados. A fonte de carbono é submetida à pirólise de refluxo, oxidação/redução ou desidratação ácida para formar um material de partida reagente de carbono grafítico. Em outras modalidades, a etapa de síntese de desidratação/oxidação/pirólise para produzir carbono grafítico adequado é evitada e o carbono grafítico em si é usado como um material de partida reagente. O carbono grafítico pode ser submetido a refluxo com um solvente líquido, e grafeno/óxido de grafeno (GO) pode ser emitido como carepas nanoscópicas ou "nanocarepas", suspensas em vapor. Alternativamente ou adicionalmente, uma fonte de carbono grafítico pode ser submetida a um líquido ou vapor altamente pressurizado para produzir carepas de grafeno sem a etapa de pirólise, desidratação ou oxidação. As carepas de grafeno/GO resultantes se deslocam no vapor e são coletadas pela deposição direta sobre um substrato sólido em contato físico com o vapor emitido ou pela aplicação de vapor contendo partícula a uma solução aquosa ou líquido usado para promover a "automontagem hidrofóbica" das carepas em folhas de grafeno/GO maiores.

[205] Em uma modalidade, o ambiente reacional é controlado para limitar a quantidade de oxigênio ambiente (02) na câmara, desestimulando a combustão dos reagentes durante o aquecimento. Em uma modalidade, a reação é realizada com o uso de um solvente adicionado. Em uma modalidade, o GO produzido é convertido em óxido de grafeno reduzido (rGO) ou folhas de grafeno suspensas em um meio de coleta de líquido aquecido ou não aquecido. As folhas de automontagem hidrofobicamente grandes são facilmente reduzidas a rGO ou grafeno, que podem ser usadas na indústria para produzir uma gama de produtos úteis, incluindo, mas sem se limitar aos revestimentos protetores e compostos reforçados de grafeno de baixo peso e alta resistência, fios e fibras.

[206] Voltando-se para as figuras, a Figura 1A mostra uma representação esquemática das etapas preparação de grafeno/GO em uma modalidade da invenção em que uma mistura reacional, incluindo uma fonte de carbono de material carbonáceo essencialmente não grafítico reage para formar carbono grafítico por pirólise, desidratação, uma reação de oxidação/redução ou combustão incompleta. Em uma modalidade, um material de partida de carbono grafítico é usado, eliminando a necessidade de uma etapa reacional de pirólise ou desidratação.

[207] Em uma modalidade, a mistura reacional é submetida a refluxo para formar um fluxo de vapor. Nanoescalas de grafeno/óxido de grafeno (GO) são transportadas no fluxo de vapor resultante emitido durante o aquecimento da pasta fluida ou solução. As carepas de grafeno/GO são coletadas, preferencialmente borbulhando o vapor através de um líquido que aprisiona e suspende as carepas. Alternativamente, carepas de grafeno/GO se formam na superfície do líquido quando o fluxo de vapor é direcionado para a superfície. Em um processo aqui referido como “automontagem hidrofóbica”, carepas de grafeno/GO individuais se unem para formar folhas de camadas de grafeno/GO na superfície do líquido.

[208] Em uma modalidade, a fonte de carbono é aquecida diretamente por uma fonte de aquecimento externa em uma reação de pirólise ou desidratação para formar água e carbono grafítico. Em uma modalidade, a fonte de carbono é sacarose. Em uma modalidade, a água formada resultante serve como um solvente para permitir o refluxo dos produtos reacionais. Em uma modalidade, a reação para formar carbono grafítico ocorre como é essencialmente representado na Equação 1: fonte de carbono 2auecimenta carbono grafítico + água (1)

[209] Em uma modalidade, a fonte de carbono é exposta a um ácido em uma reação de pirólise ou desidratação para formar água e carbono grafítico. Em uma modalidade, a fonte de carbono é sacarose e o ácido é ácido sulfúrico concentrado. Em uma modalidade, a água formada resultante serve como um solvente para permitir o refluxo dos produtos reacionais. Em uma modalidade, o produto da reação é uma espuma grafítica. Em uma modalidade, o produto da reação é uma pasta fluida grafítica. Em uma modalidade, a reação para formar o grafeno procede como essencialmente representado na Equação 2: fonte de carbono ———E carbono grafítico + água (2)

[210] Em uma modalidade, a fonte de carbono reage com um oxidante para formar carbono grafítico sob a forma de um óxido de grafeno. Em uma modalidade, a reação para formar GO procede como essencialmente representado na Equação 3: fonte de carbono + oxidante aquecimento, aditivãy óxido de grafeno (GO) (3) onde o calor aplicado conduz a reação e o aditivo opcional serve para catalisar a reação e/ou melhorar o rendimento do produto da reação desejado.

[211] Um produto de reação GO é mostrado esquematicamente como a molécula (1) abaixo:

HO COOH COOH OH OH SEO O COOH HOOC, À IRA OH

COOH COOH (1)

[212] Nas modalidades acima, as condições reacionais são selecionadas de modo que a reação não leva à combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou uma combustão incompleta para fomar monóxido de carbono. As condições reacionais são ao invés disso projetadas, de preferência pelo controle da atmosfera reacional, para formar ligações carbono-carbono grafíticas. Em algumas modalidades, uma parte da fonte de carbono é propositadamente queimada para fornecer o calor necessário para a conversão de uma outra porção da fonte de carbono para formar as ligações grafíticas desejadas. Em algumas modalidades, a reação ocorre sob condições de combustão não ideais, como a pirólise ou combustão lenta.

[213] Pirólise, conforme usado na presente invenção, refere-se à decomposição de uma fonte de carbono sob temperatura elevada com baixos níveis de oxigênio ou outros oxidantes.

[214] Combustão lenta, como usado na presente invenção, refere-se a uma reação lenta, sem chama, sob baixa temperatura, por calor oriundo do oxigênio que reage diretamente com a superfície de um combustível sólido ou líquido.

[215] Escalas ou nanocarepas, conforme usado na presente invenção, refere-se às seções discretas de grafeno ou derivado de grafeno.

[216] Esforços para melhorar a eficiência de combustão obscureceram o verdadeiro valor de compostos anteriormente considerados como resíduos inúteis, tal como a “fleuma” carbonácea dos primeiros fornos de carvão (consulte, por exemplo, Coal-Tar and Ammonia. 5º ed. por

Lunge, D. Van Nostrand co., Nova Iorque, 1916), que efetivamente contém material grafítico, incluindo o grafeno. Da mesma forma, os avanços na combustão moderna negligenciaram o valor de muitos processos antigos, agora considerados ultrapassado, que são realmente capazes de se adaptar à maximização proposital da formação de partículas de fuligem, finalmente, em grafeno, um derivado do grafeno, uma nanopartícula metálica encapsulada com carbono ou nanoaço.

[217] Embora a formação de PAHs em partículas carbonáceas de "fuligem" como um produto da combustão incompleta seja conhecida, a utilidade de tais PAHs tem, até o momento, sido mínima devido ao seu tamanho e tendência limitados, conforme relatado na técnica atual, para efetivamente se afastar das condições de síntese necessárias para o crescimento continuado. Wiersum et al. ("The Formation of Polyaromatic Hydrocarbons, Fullerenes and Soot in Combustion: Pyrolytic Mechanisms and the Industrial and Environmental Connection", pp. 143-194 em Gas Phase Reactions in Organic Synthesis, ed. por Vallee, Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, 1997) relatam uma série de reações em fase gasosa para formar PAHs. Nenhum dos métodos de síntese de PAH em fase gasosa conhecidos até o momento produz grafeno ou qualquer forma de carbono grafítico planar maior que 222 átomos de carbono em tamanho.

[218] Em uma modalidade, os métodos e processos divulgados neste documento promovem a produção de PAH através de exposição prolongada às condições de síntese favoráveis através da coleta e retenção de vapores de produto da mistura reacional, permitindo que os PAHs resultantes cresçam até tamanhos que exibam as propriedades gerais do grafeno. Outras modalidades, métodos e processos divulgados neste documento destinam-se especificamente a promover as condições de crescimento de PAH continuadas por automontagem dos mesmos em condições de solução rica em vapor ou aquosas em grandes folhas de grafeno. Estes processos que permitem a síntese de grafeno, seja a partir de compostos que promovem a formação de PAH sozinho ou de compostos que promovem a formação de PAH e materiais reagentes carbonáceos ou grafíticos são escalonáveis para atender a volumes de produção industrial.

[219] Em uma modalidade, um ou mais compostos que promovem a formação ou crescimento de PAHs são utilizados na produção de grafeno, derivados de grafeno, nanopartículas metálicas encapsuladas com carbono Ou nanoaço. Estes compostos podem incluir, mas não se limitam a substâncias químicas que são intermediários conhecidos na formação de PAH e substâncias "químicas que formam intermediários de formação de PAH.

[220] Em uma modalidade, as reações iniciais ocorrem em um sistema solvente sob condições de refluxo para promover a síntese de unidades PAH que posteriormente se automontam em folhas de grafeno maiores. Em algumas modalidades, as condições de refluxo são condições de refluxo azeotrópicas (consulte, por exemplo, Udeye et al "Ethanol heterogeneous azeotropic distillation design and construction", Internat. J. of Phys. Sci., Vol. 4, pp. 101- 106, 2009; Sun et al, "ZrOCl:8H20: An Efficient, Cheap and Reusable Catalyst for the Esterification of Acrylic Acid and Other Carboxylic Acids with Equimolar Amounts of Alcohols", Molecules, Vol. 11, pp. 263-271, 2006). Em algumas condições de refluxo, um promotor é adicionado. Em algumas modalidades, o promotor é uma forma de carbono grafítico. Em algumas modalidades, o promotor é o biochar, fleuma de carvão, nanocarvão, uma forma ativada de nanocarvão, carvão ativado, partículas de grafite, partículas de fuligem ou outra forma de resíduos de carbono sequestrados.

[221] Um resíduo carbonáceo sequestrado, conforme usado na presente invenção, é qualquer produto de resíduo carbonáceo de síntese, pirólise ou combustão incompleta, que é tipicamente coletado e isolado para evitar a conversão em ou liberação como um gás estufa atmosférico. Em uma modalidade, um resíduo carbonáceo sequestrado pode ser utilizado como uma fonte de carbono na mistura reacional, em cujo exemplo o carbono adicionado promove a reação, em parte, servindo como um agente de transferência de calor intensificador da condutividade térmica (consulte, por exemplo, Baby et al, "Enhanced Convective Heat Transfer Using Graphene Dispersed Nanofluids", Nanoscale Research Letters, Vol. 6, no. 289, 2011 ).

[222] O resíduo carbonáceo sequestrado pode ser recolhidos de emissões de qualquer processo, incluindo, mas sem se limitar às emissões de um caminhão diesel ou às emissões de uma central elétrica alimentada a carvão. Em algumas modalidades, um filtro de partículas diesel é usado para coletar os resíduos carbonáceos como parte de uma "estratégia de controle de emissão de diesel". Em outras modalidades, um depurador é usado para coletar o resíduo carbonáceo. O Conselho de Recursos Atmosféricos da Califórnia (CARB) recentemente promulgou uma legislação exigindo a redução de emissões de gases nocivos e partículas, incluindo de caminhões e ônibus diesel, pela adição de um filtro aos sistemas de escape de caminhões (consulte California Code of Regulations, Title 13, Div. 3, Cáp. 14 et seq.).

[223] Em algumas modalidades, concebido como uma alternativa para as chamadas tecnologias "regenerativas" que queimam a fuligem coletada e continuam a liberar gases de efeito estufa para o meio ambiente, um filtro reutilizável é empregado. Quando é hora de um motorista de caminhão ou outro usuário substituir um filtro de partículas sujo, ao invés de descartar o filtro sujo e comprar um novo filtro, o usuário troca oO filtro contaminado por um outro limpo. O resíduo carbonáceo sequestrado contido no filtro usado é preferencialmente removido do filtro de partículas ou depurador e é usado como uma fonte de carbono para a síntese de grafeno ou derivados de grafeno. o filtro ou depurador é preferencialmente reutilizado para coletar resíduos carbonáceos adicionais das emissões conforme o processo é repetido, uma vez que ele busca incorporar uma grande parte do carbono sequestrado no produto grafeno ao invés de nas emissões de gases de efeito estufa. Em algumas modalidades, o resíduo carbonáceo sequestrado é coletado a partir do filtro de partículas ou depurador por dissolução em um solvente orgânico. Em outras modalidades, o resíduo carbonáceo sequestrado é coletado usando água, uma mistura aquosa ou vapor.

[224] Compostos promotores de PAH para uso em processos incluem, mas não se limitam ao éter dimetílico, propino, propadieno, álcoois, incluindo, mas sem se limitar ao álcool propargílico e isopropanol, acetileno e compostos que promovem a formação de radicais de hidrocarboneto C1 a

Cs.

[225] Radicais metila (CH;) são conhecidos por promover o crescimento de PAHs (consulte Shukla et al., "Role of Methyl Radicals in the Growth of PAHsS", J. Am. Soc . Mass Spectrom., Vol. 21, pp. 534-544, 2010) e grafeno (consulte Wellmann et al, "Growth of graphene layers on HOPG via exposure to methyl radicals", Surface Science, Vol. 542, pp. 81-93, 2003).

[226] Éter dimetílico forma radicais metila e promove a formação de PAH sob condições de combustão gasosa na presença de outra fonte de carbono (consulte Yoon et al, "Synergistic effect of mixing dimethyl ether with methane, ethane, propane, and ethylene fuels on polycyclic aromatic hydrocarbon and soot formation", Combustion and Flame, Vol. 154, PP. 368-377, 2008). Outros radicais de hidrocarbonetos, incluindo, mas sem se limitar a CoH, CaHa', C3H3a', CaHa', CaHs' e CsHa', também são capazes de nuclear e crescer PAHs (consulte Pope et al, "Exploring Old and New Benzene Formation Pathways in Low-Pressure Premixed Flames of Aliphatic Fuels", Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 28, pp. 1519-1527, 2000).

[227] O radical propargila (C3H3;3:) foi proposto como um intermediário chave para a formação de PAH em uma variedade de estudos cinéticos (consulte McEnally et al, "Computational and Experimental Study of Soot Formation in a Coflow, Laminar Ethylene Diffusion Flame", 27%? Symposium (International) on Combustion, pp. 1497-1505, 1998; Shafir et al, Kinetics and Products of the Self-Reaction of Propargyl Radicals", J. Phys. Chem. A, Vol. 107, pp. 8893- 8903, 2003; Tang et al., "An Optimized Semidetailed Submechanism of Benzene formation from Propargyl Recombination", J. Phys. Chem. A, Vol. 110, pp. 2165-2175 2006).

[228] Propino e propadieno também promovem a formação de PAH (consulte Gazi et al, "A Modelling Study of Allene and Propyne Combustion in Flames", Proceedings of the European Combustion Meeting, 2011). O acetileno também pode desempenhar um papel na nucleação e crescimento de PAH (consulte Frenlach et al., "Aromatics Growth beyond the First Ring and the Nucleation of Soot Particles", Preprints of the 202nd ACS National Meeting, Vol. 36, pp. 1509-1516, 1991).

[229] As Figuras 2A e 2B mostram fluxogramas de processo para a formação de vários produtos de grafeno a partir de material de partida carbonáceo não grafítico ou de um material de partida grafítico.

[230] Referindo-se à Figura 2A, ao iniciar com um material de partida carbonáceo não grafítico, o material carbonáceo pode ser convertido em um material grafítico por diversas rotas diferentes.

[231] Em uma modalidade, o material carbonáceo é combinado com um ácido e convertido por uma reação de desidratação, com ou sem a adição de calor e refluxo dos reagentes. Em uma modalidade, o material carbonáceo é um açúcar. Em algumas modalidades, o açúcar é sacarose. Em uma modalidade, o ácido é ácido sulfúrico concentrado.

[232] Em uma modalidade, o material carbonáceo é aquecido sem solvente. O material carbonáceo pode ser aquecido com ou sem um aditivo, que pode ser um oxidante, um óxido metálico ou um catalisador, opcionalmente seguido por coleta e condensação de qualquer gás ou vapor produzido para formar o material grafítico. O uso de um oxidante ou óxido metálico promove a formação de GO em relação ao grafeno, enquanto que na ausência de um oxidante ou óxido metálico, o grafeno é preferencialmente formado em relação ao GO. Em uma modalidade, o material carbonáceo é preferencialmente aquecido até uma temperatura elevada, tal como por chama direta ou indireta. Em uma modalidade, o aditivo é um composto contendo metal. Em uma modalidade, o metal é ferro. Em algumas modalidades, o aditivo é um óxido de metal. Em uma modalidade, o aditivo é óxido férrico. Em outras modalidades, o aditivo é ferroceno.

[233] Em uma modalidade, o material carbonáceo é aquecido em um solvente sob refluxo para formar o material grafítico. O material carbonáceo pode ser combinado com um aditivo, que pode ser um oxidante, um óxido metálico ou um catalisador. O uso de um oxidante ou óxido metálico promove a formação de GO em relação ao grafeno, enquanto que na ausência de um oxidante ou óxido metálico, o grafeno é preferencialmente formado em relação ao GO. Em uma modalidade, o aditivo é um composto catalítico contendo metal. Em algumas modalidades, o metal é ferro. Em uma modalidade, o aditivo é um óxido metálico. Em uma modalidade, o óxido metálico é óxido férrico. Em algumas modalidades, o aditivo é ferroceno. Em algumas modalidades, o solvente inclui um ou mais de álcool, água e óleo mineral. O solvente preferencialmente permite um refluxo sob alta temperatura da mistura reacional. O solvente também ajuda preferencialmente a dissolver os reagentes para evitar a combustão dos reagentes e para promover a produção de vapor para coleta do produto. Em algumas modalidades, o uso de um solvente aumenta o rendimento da reação e aumenta a interação entre os reagentes para promover a formação do grafeno ou produtos de GO.

[234] Em uma modalidade, quando o material carbonáceo é combinado com um óxido metálico na mistura reacional, nanopartículas abrasivas com superfície grafitizada (SGANs), incluindo SGAN esferoides, são formadas. As SGANs podem ser recuperadas para qualquer uso, tal como um agente de nanopolimento ou como um aditivo para um lubrificante. É contemplado que a recuperação de SGANs a partir da mistura reacional pode ser realizada pelo uso de um ímã ou campo magnético aplicado externamente. A recuperação também pode ser realizada por centrifugação. Em uma modalidade, a mistura reacional compreendendo SGANs pode ser usada como um aditivo para um lubrificante.

[235] Em uma modalidade, um aparelho de descarga de arco de CD em grande escala, uma câmara ou um cilindro pode ser usado para promover a formação de SGAN. Em algumas modalidades, o óxido férrico é fornecido ao sistema como um pó para promover a formação de SGAN. Em uma modalidade, o óxido férrico compreende um nanopó. Em uma modalidade, um vapor com alto teor de carbono pode ser fornecido para o sistema.

[236] Em uma modalidade, os SGANsS podem ser produzidos em um ambiente de alto cisalhamento em um “forno dinâmico”. O ambiente de alto cisalhamento do “forno dinâmico” pode ser fornecido por qualquer método ou combinação de métodos, incluindo, mas sem se limitar à rotação do forno dinâmico em altas velocidades, oscilando ou vibrando o forno sob altas frequências utilizando ultrassom, compressão hidrodinâmica, impacto por atrito com uma ou mais partes móveis e agitação dos conteúdos do “forno dinâmico” em alta velocidade. Em uma modalidade, a velocidade de rotação do “forno dinâmico” pode ser da ordem de cerca de 1.000 a 11.000 RPM. Em uma modalidade, o “forno dinâmico” pode, adicionalmente, incluir uma topografia de superfície, que pode incluir, mas não se limita a aletas, barras, saliências, depressões, buracos, asperezas e túneis, para proporcionar forças de cisalhamento adicionais, aumentando assim o cisalhamento da mistura reacional. Em uma modalidade, gases de reação podem ser fornecidos ao aparelho de “forno dinâmico”. Em uma modalidade, a síntese SGAN pode ocorrer em temperaturas elevadas, pressões elevadas ou sob pressões reduzidas. As temperaturas no “forno dinâmico” podem ser da ordem de -200 a -800 ºF.

[237] Em uma modalidade, o “forno dinâmico” compreende um forno de tubo incorporado para formação de SGANs. Uma porção isolante pode cercar dois cilindros rotativos concêntricos. Os cilindros podem incluir buracos passantes que permitem que o material passe entre a área externa de um cilindro externo, a área entre os dois cilindros e a área dentro do cilindro interno. Os cilindros podem ser coaxiais e rotativos em direções opostas sob alta velocidade para produzir altas forças de cisalhamento. O forno de tubo dinâmico também pode incluir uma linha de alimentação para componentes líquidos e um pré-aquecedor que conduz para a câmara principal. Uma linha de alimentação separada para componentes gasosos também pode ser incluída. A câmara principal pode ser uma única câmara ou uma câmara de duas zonas.

[238] A superfície interna do cilindro exterior ou a superfície externa do cilindro interno pode incluir aletas, pás, barras, saliências ou estruturas semelhantes para proporcionar cisalhamento ao sistema. Em uma modalidade, o forno de tubo pode ser projetado sob a forma de um motor Wankel para proporcionar contato por atrito cisalhamento e compressão para promover a formação de SGAN. O “forno dinâmico” pode incluir um invólucro, um rotor, uma roda excêntrica e uma engrenagem interna com uma engrenagem externa. Conforme o rotor se desloca ao redor no invólucro do “forno dinâmico”, o contato por atrito, cisalhamento e compressão do fluido entre o rotor e o invólucro pode promover a formação de SGAN. Em uma modalidade, as superfícies de uma ou mais destas estruturas são eletrificadas ou eletrificáveis. Em uma modalidade, as superfícies eletrificadas podem atuar como um catodo eletrificado no forno de tubo integral.

[239] Em uma modalidade, o material carbonáceo é uma fonte de carbono não grafítico, que pode incluir, mas não se limita a um açúcar, sacarose, um açúcar anfifílico, um anfifílico promotor de grafeno, um substituto do açúcar, um amido, celulose, uma olefina, um acetato, um ou mais hidrocarbonetos não grafíticos, um alcano, um alqueno, um alquino, uma cetona, tolueno, gasolina, combustível diesel, querosene, carvão, alcatrão de carvão, coque ou qualquer combinação destes. Em uma modalidade, carvão e óleo diesel são fontes de carbono preferenciais. Em uma modalidade, o carvão é um carvão pulverizado. Em uma modalidade, o carvão é um nanocarvão, tal como o nanocarvão comercializado por Nano Fuels Technology, LLC (Reno, Nevada, Estados Unidos), com os tamanhos das partículas na faixa de submícron.

[240] Um anfifílico à base de açúcar ou um anfifílico tipo açúcar pode ser qualquer molécula com uma porção de açúcar hidrofílica e uma porção hidrofóbica, incluindo, mas sem se limitar àqueles descritos por Fenimore ("Interfacial Self-assembly of Sugar-based Amphiphiles: Solid- and Liquid-core Capsules", Universidade de Cincinnati, tese de Ph.D. de 16 de outubro de 2009), Jadhav et al. ("Sugar-Derived Phase-Selective Molecular Gelators as Model Solidifiers for Oil Spills", Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 49, pp. 7695-7698, 2010), Jung et al. ("Self-Assembling Structures of Long-Chain Sugar-Based Amphiphiles Influenced by the Introduction of Double Bonds", Chem. Eur . J., Vol. 11, pp. 5538-5544, 2005), Paleta et al. ("Novel amphiphilic fluoroalkylated derivatives of xylitol, D-glucose and D-galactose for medical applications: hemocompatibility and co-emulsifífvying properties", Carbohydrate Research, Vol. 337, pp. 241 1-

2418, 2002), Germaneau ("Amphiphilic Sugar Metal Carbenes: From Fischer Type to N-Heterocyclic Carbenes (NHCs)", Rheinische Friederich-Wilhems-Universitat Bonn Ph.D. thesis, 2007), e Ye et al. ("Synthesis of Sugar-Containing Amphiphiles for Liquid and Supercritical Carbon Dioxide", Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 39, pp. 4564-4566, 2000).

[241] Um anfifílico promotor de grafeno pode ser qualquer molécula com uma porção promotora de grafeno hidrofílica e uma porção hidrofóbica, incluindo, mas sem se limitar àqueles comercializados por Dow Chemical Company (Midland, Michigan, Estados Unidos) sob as marcas TRITON" ou TERGITOL", incluindo, mas sem se limitar à série TRITON X de etoxilados de octilfenol e à série TERGITOL NP de etoxilados de nonilfenol.

[242] Alternativamente, um material de partida grafítico pode ser utilizado. O material grafítico pode ser qualquer material, incluindo carbono grafítico, incluindo mas sem se limitar a grafite natural, grafite sintético, um ou mais hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHS), grafeno, carvão ativado, biochar, fleuma de carvão, um ou mais benzenoides, naftaleno ou qualquer combinação dos mesmos.

[243] Referindo-se à Figura 2A, o material grafítico em um solvente é aquecido. Em algumas modalidades, o solvente inclui um ou mais de um álcool,

água e um óleo mineral. Em algumas modalidades, a mistura é aquecida até uma temperatura de ebulição. Em algumas modalidades, o solvente em ebulição é submetido a refluxo.

[244] Em uma modalidade, o produto de grafeno líquido resultante do refluxo da mistura reacional é coletado no próprio recipiente reacional. O líquido contendo grafeno pode ser aplicado diretamente a um material ou substrato para formar um material reforçado com grafeno, um substrato revestido com grafeno, um material reforçado com GO ou um substrato revestido com GO.

[245] Alternativamente, o líquido contendo grafeno pode ser adicionalmente aquecido para formar vapor contendo carepas de grafeno/derivados de grafeno. Uma carepa de grafeno/derivada de grafeno, para uso na presente invenção, é compreendida como sendo de uma a diversas camadas de grafeno ou óxido de grafeno carreadas no fluxo de vapor da mistura solvente ou solvente sob refluxo. As camadas na carepa podem ser principalmente planares ou podem ser amassadas ou dobradas no fluxo de vapor. As dimensões de comprimento e largura das camadas são preferencialmente significativamente maiores do que a espessura das camadas.

[246] Referindo-se à Figura 2B, o vapor contendo carepa de grafeno/derivado de grafeno pode ser aplicado a um sólido ou a um líquido.

[247] As carepas de derivados de grafeno/grafeno podem ser aplicadas a um substrato sólido, colocando o mesmo no fluxo de vapor ou aplicando o fluxo de vapor ao substrato sólido para formar um substrato revestido com filme de grafeno/derivado de grafeno. Qualquer enrugamento ou dobra nas camadas de carepa é preferencialmente reduzido após a deposição sobre o substrato sólido. Em algumas modalidades, as carepas depositadas são recozidas após a deposição para melhorar a sua uniformidade. Em algumas modalidades, as carepas depositadas são recozidas por aquecimento do substrato. Em algumas modalidades, grupos finais reativos nas carepas depositadas na vizinhança reagem entre si para formar folhas de grafeno/derivadas de grafeno maiores. Em algumas modalidades, um agente redutor é usado para converter GO em rGO nas camadas.

[248] Alternativamente, o vapor contendo carepa derivada de grafeno/derivado de grafeno pode ser aplicado a um reservatório de água. O vapor pode ser aplicado à superfície do reservatório de água por cima ou por borbulhamento no reservatório de água.

[249] Em uma modalidade, o reservatório de água é um reservatório de água sem aditivos. Se o reservatório de água não contém aditivos, as carepas de grafeno/derivado de grafeno são hidrofobicamente automontáveis em folhas de grafeno/derivado de grafeno na superfície da água. Em uma modalidade, as carepas depositadas são recozidas na superfície da água para melhorar a sua uniformidade. Em uma modalidade, grupos de extremidade reativos nas carepas vizinhas reagem entre si para formar folhas de grafeno/derivado de grafeno maiores na superfície da água. Em algumas modalidades, um agente redutor é usado para converter GO em rGO na montagem ou nas camadas montadas.

[250] O reservatório de água pode incluir um ou mais tensoativos como um aditivo para auxiliar na automontagem hidrofóbica das carepas de grafeno/derivado de grafeno nas folhas de grafeno/derivado de grafeno na superfície da água. Qualquer enrugamento ou dobra nas camadas de carepa é preferencialmente reduzido por interação com o tensoativo ou após atingir a superfície da água. Em uma modalidade, as carepas depositadas são recozidas na superfície da água para melhorar a sua uniformidade. Em uma modalidade, grupos de extremidade reativos nas carepas vizinhas reagem entre si para formar folhas de grafeno/derivado de grafeno maiores na superfície da água.

[251] O reservatório de água pode incluir um ou mais agentes redutores para converter GO em rGO durante a automontagem hidrofóbica das carepas de GO em folhas de rGO na superfície da água. Em uma modalidade, o agente redutor é hidrazina. Qualquer enrugamento ou dobra nas camadas de carepa é preferencialmente reduzida ao chegar na superfície da água. Em uma modalidade, as carepas depositadas são recozidas na superfície da água para melhorar a sua uniformidade. Em uma modalidade, grupos de extremidade reativos nas carepas vizinhas reagem entre si para formar folhas de grafeno/derivado de grafeno maiores na superfície da água.

[252] As folhas de grafeno/derivado de grafeno podem ser aplicadas a um sólido mediante o contato do sólido com as folhas de grafeno/derivado de grafeno na superfície da água. A superfície sólida pode ser imersa em uma orientação vertical, horizontal ou inclinada na superfície líquida. Alternativamente, a superfície sólida pode ser localizada inicialmente na água e levada para cima até a superfície líquida na orientação vertical, horizontal ou angular, ou a água pode ser drenada para levar as folhas de grafeno/derivado de grafeno até a superfície sólida.

[253] Alternativamente, parte da água do reservatório de água é deixada evaporar lentamente, deixando um grafeno gelificado viscoso ou geleia de grafeno na porção líquida superior do reservatório.

[254] A fonte de carbono pode estar sob várias formas, incluindo, mas sem se limitar a liquefeita, sólido em pó ou sólido granular. Em uma modalidade, a fonte de carbono preferencialmente inclui pelo menos um material carbonáceo essencialmente não grafítico com uma estrutura química contendo pelo menos um anel contendo 6 membros de carbono, como sacarose, a estrutura do qual é mostrada como a Molécula 2: Ho Ho, or i o o Ho y NY MH ou (2)

[255] Em uma modalidade, a fonte de carbono é de uma forma com uma quantidade significativa de carbono grafítico.

[256] Acredita-se que os anéis contendo carbono no material carbonáceo, especialmente quaisquer aneis de carbono aromático, são conservados em algum grau nas reações químicas da matriz crescente de anel carbônico dos produtos de grafeno ou GO; em outras palavras, acredita-se que a estrutura de anel carbônico de 6 membros seja retida, em certo grau, nos produtos de grafeno ou GO em si.

[257] O material carbonáceo essencialmente não grafítico pode incluir, mas não se limita a uma ou qualquer combinação dos seguintes:

1. um açúcar, incluindo, mas sem se limitar a: a. um melaço ou substituto de melaço incluindo, mas sem se limitar a sorgo doce, melaço de beterraba, melaço de romã, melaço de amora, melaço de alfarroba, melaço de tâmara, melaço de uva, melaço backstrap, xarope de melaço preto, xarope de bordo ou xarope de milho, incluindo, mas sem se limitar a xarope de milho com alto teor de frutose; b. um açúcar invertido, incluindo, mas sem se limitar a xarope de açúcar invertido; Cc. um desoxiaçúcar, incluindo, mas sem se limitar a desoxirribose, fucose ou ramnose; d. um monossacarídeo, incluindo, mas sem se limitar a glicose, frutose, galactose, xilose ou ribose; e. um dissacarídeo, incluindo, mas sem se limitar a sacarose, lactulose, lactose, maltose, trealose ou celobiose; f. um polissacarídeo, incluindo, mas sem se limitar a amido, glicogênio, arabinoxilano, celulose, quitina ou pectina; g. um álcool de açúcar, incluindo, mas sem se limitar a eritritol, treitol, arabitol, xilitol, ribitol, manitol, sorbitol, dulcitol, iditol, isomalte, maltitol ou lactitol; ou h. um anfifílico, incluindo, mas sem se limitar a um anfifílico à base de açúcar ou um anfifílico promotor de grafeno;

2. um substituto de açúcar, incluindo, mas sem se limitar a estévia, aspartame, sucralose, neotame, acessulfame-k, sacarina ou um álcool de açúcar;

3. um hidrocarboneto, incluindo, mas sem se limitar a naftaleno, combustível diesel, querosene, gasolina ou um alcano, incluindo, mas sem se limitar a metano, etano, propano, ciclopropano, butano, isobutano, ciclobutano, pentano, isopentano, neopentano, ciclopentano, hexano, octano, querosene, isoparafinas, parafina líquida ou ceras de parafina; 4, uma forma de carvão, incluindo, mas sem se limitar a se limitando a turfa, lignita, carvão betuminoso (bituminous coal), carvão sub-betuminoso, carvão pulverizado, nanocarvão, carvão-vapor, carvão betuminoso (cannel coal), antracita, carvão vegetal, negro de fumo, carvão vegetal ativado, "nanocarvão ativado" ou resíduo carbônico de açúcar;

5. um álcool, incluindo, mas sem se limitar a etanol, metanol ou isopropanol; ou

6. um óleo, incluindo, mas sem se limitar a óleo de linhaça, óleo de citronela, geraniol ou óleo mineral.

[258] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende uma piranose, uma furanose, um carbômero cíclico ou um benzenoide (consulte Katritzky et al., "Aqueous High-Temperature Chemistry of Carbo-and Heterocycles. 20.! Reactions of some Benzenoid Hydrocarbons and Oxygen-Containing Derivatives in Supercritical Water at 460 ºC", Energy & Fuels, Vol. 8, pp.

487-497, 1994), incluindo, mas sem se limitar a benzenoides contendo oxigênio.

[259] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um açúcar. Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende sacarose. Em uma modalidade, o açúcar compreende um melaço ou substituto de melaço, que pode compreender, mas não se limita a sorgo doce, melaço de beterraba, melaço de romã, melaço de amora, melaço de alfarroba, melaço de tâmara, melaço de uva, melaço backstrap, xarope de melaço preto, mel de abelha, xarope de bordo ou xarope de milho, incluindo, mas sem se limitar a xarope de milho com alto teor de frutose. Em algumas modalidades, o açúcar compreende um açúcar invertido, que pode incluir, mas não se limita a xarope de açúcar invertido.

[260] Em uma modalidade, o açúcar compreende um desoxiaçúcar, que pode compreender, mas não se limita a desoxirribose, fucose ou ramnose.

[261] Em uma modalidade, o açúcar compreende um monossacarídeo, que pode compreender, mas não se limita a glicose, frutose, galactose, xilose ou ribose.

[262] Em uma modalidade, o açúcar compreende um dissacarídeo, que pode compreender, mas não se limita a sacarose, lactulose, lactose, maltose, trealose, celobiose ou soforose.

[263] Em uma modalidade, o açúcar compreeende um polissacarídeo, que pode incluir, mas não se imita, a amido, glicogênio, arabinoxilano, celulose, quitina ou pectina.

[264] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um álcool de açúcar, que pode incluir, mas não se limita a eritritol, treitol, arabitol, xilitol, ribitol, manitol, sorbitol, dulcitol, iditol, isomalte, maltitol ou lactitol.

[265] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um substituto de açúcar, que pode incluir, mas não se limita a estévia, aspartame, sucralose, neotame, acessulfame de potássio ou sacarina.

[266] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um derivado de açúcar, que pode incluir, mas não se limita a soforitol, um glicosídeo fenólico, um glicosídeo do esteviol, uma saponina, um glicosídeo ou amigdalina.

[267] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende uma ciclometicona, que pode incluir, mas não se limita a feniltrimeticona ou ciclopentassiloxano.

[268] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um esteroide, que pode incluir, mas não se limita a sapogenina ou diosgenina.

[269] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um cinamato, que pode incluir, mas não se limita a cinamato de metila ou etila. Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende ácido cinâmico. Em uma modalidade, o aditivo compreende óleo de canela.

[270] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um fenilpropanoide, que pode incluir, mas não se limita ao ácido cinâmico, ácido cumarínico, ácido cafeico, ácido ferúlico, ácido 5- hidroxiferúlico, ácido sinápico, cinamaldeído, umbeliferona, resveratrol, um monolignol, que pode compreender, mas não se limita ao álcool coniferílico, álcool de cumarila ou álcool sinapílico, ou um fenilpropeno, que pode compreender, mas não se limita ao engenol, chavicol, safrol ou estragol.

[271] Em uma modalidade o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um benzoato, que pode incluir, mas não se limita ao benzoato férrico, de benzila, etila, metila, fenila, de ciclo-hexanol, 2-fenila, pentaeritritol, terra, sódio ou potássio. Em uma modalidade, o aditivo inclui ácido benzoico. Em uma modalidade, o material carbonáceo “essencialmente não grafítico compreende ácido aminobenzoico. Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende éster metílico do ácido 2- hidroximetilbenzoico. Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico inclui ubiquinona.

[272] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um carboxilato, incluindo, mas sem se limitar a cis,cis-l,3,5-ciclo- hexanotricarboxilato de trimetila.

[273] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um benzopirano, que pode incluir, mas não se limita ao cromeno, isocromeno ou um benzopirano substituído.

[274] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende uma flavona ou isoflavona que ocorre naturalmente ou sintética, que pode incluir, mas não se limita a flavan-3-ol ou flavanona.

[275] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um salicilato, que pode incluir, mas não se limita a salicilato férrico, de metila, etila, butila, cinamila, ciclo-hexila, etil-hexila, heptila, isoamila, octila, benzila, fenila, p-cresol, o- cresol, m-cresol ou de sódio. Em uma modalidade, o material carbonáceo “essencialmente não grafítico inclui ácido salicílico. Em uma modalidade, o aditivo inclui ácido aminossalicílico.

[276] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um antioxidante. Em uma modalidade, o antioxidante é um antioxidante cíclico. Em uma modalidade, o antioxidante é um antioxidante fenólico, que pode incluir, mas não se limita ao 2,6-di- terc-butilfenol, 2-terc-butil-4,6-dimetilfenol, 2,6-di- terc-butil-4-etilfenol, 2, 6-di-terc-butil-4-n-butilfenol, 2, 6-di-terc-butil-4-l1-butilfenol, 2,6-diciclopentil-4- metilfenol, 2- (a-metilciclo-hexil)-4,6-dimetilfenol, 2,67 dioctadecilmetilfenol, 2,4, 6-triciclo-hexilfenol, 2,67 diterc-butil-4-metoximetilfenol, 2, 6-diterc-butil-4- metoxifenol, 2, 5-diterc-butil-hidroquinona, 2,5-diterc- amil-hidroquinona, 2,6-difenil-4-octadeciloxifenol, 2,2'- metilenobis- (6-terc-butil-4-metilfenol), 2,2'-metilenobis- (6-terc-butil-4-etilfenol), 2,2'-metilenobis-[4-metil-6-(a- metilciclo-hexil)-fenol], 2,2'-metilenobis- (4-metil-6- ciclo-hexilfenol), 2,2'-metilenobis- (6-nonil-4-metilfenol), 2,2' -metilenobis-[6- (a-metilbenzil)-4-nonilfenol], 2,2'- metilenobis-[6- (a, a-dimetilbenzil)-4-nonilfenol], 2,2'- metilenobis-(4,6-diterc-butilfenol), 2,2'-etilidenobis- (4, 6-diterc-butilfenol), 2,2'-etilidenobis- (6-terc-butil-4- isobutilfenol), 4, 4' -metilenobis- (2,6-diterc-butilfenol) 4, 4' -metileno-bis- (6-terc-butil-2-metilfenol), 1,1-bis-(5- terc-butil-4-hidróxi-2-metilfenil)-butano, 2,6-di-(3-terc-

butil-5-metil-2-hidroxibenzil)-4-metilfenol, 1,1,3-tris-(5- terc-butil-4-hidróxi-2-metilfenil)-butano e qualquer antioxidante fenólico à base de plantas que ocorra naturalmente, que pode incluir, mas sem se limitar ao ácido ascórbico, um tocoferol, um tocotrienol, ácido rosemarínico e outros ácidos fenólicos e flavonoides, tais como aqueles encontrados, por exemplo, em uvas, bagas, azeitonas, soja folhas de chá, alecrim, manjericão, orégano, canela, cominho e açafrão.

[277] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende 4-vinilfenol, antocianina ou cromenílio.

[278] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um aminoácido cíclico, que pode incluir, mas não se limita a fenilalanina, triptofano ou tirosina.

[279] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um derivado de ciclo-hexano que pode incluir, mas não se limita a 1,3- ciclo-hexadieno ou 1,4-ciclo-hexadieno.

[280] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um derivado de benzeno que pode incluir, mas não se limita a um polifenol, benzaldeído, benzotriazol, carbonato de benzil-l-naftila, benzeno, etilbenzeno, tolueno, estireno, benzonitrila,

fenol, anidrido ftálico, ácido ftálico, ácido tereftálico, ácido p-toluico, ácido benzoico, ácido aminobenzoico, cloreto de benzila, isoindol, glicolato de etilaftaliletila, N-fenilbenzamina, metoxibenzoquinona, benzilacetona, benzilidenoacetona, hexilcinamaldeído, 4- amino-2-hidroxitolueno, 3-aminofenol ou vanilina.

[281] Em uma modalidade, o derivado de benzeno compreende um benzenodiol, que pode incluir 1,2-di- hidroxibenzeno (catecol), 1,3-di-hidroxibenzeno (resorcinol) ou 1,4-di-hidroxibenzeno (hidroquinona).

[282] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um naftoato, incluindo, mas sem se limitar a 2-metóxi-l-naftoato de metila ou 3-metóxi-2-naftoato de metila.

[283] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um acrilato, incluindo, mas sem se limitar a 2-propilacrilato de benzila ou metacrilato de 2-naftila.

[284] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um ftalato, incluindo, mas sem se limitar ao ftalato de dialila.

[285] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um succinato incluindo, mas sem se limitar ao succinato de bis(2- carboxifenila).

[286] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um carpato, incluindo, mas sem se limitar ao O-metilpodocarpto de metila.

[287] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um fluoróforo, que pode incluir, mas sem se limitar a isotiocianato de fluoresceína, rodamina, ftalocianina ou ftalocianina de cobre.

[288] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um medicamento, que pode incluir, mas não se limita ao ácido acetilsalicílico, paracetamol, ibuprofeno ou um benzodiazepínico.

[289] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não-grafítico compreende um fosfato, que pode incluir, mas não se limita a um fosfato de cresildifenila, um fosfato de dicresila, um fosfato de triortocresila, um fosfato tricresílico, um fosfato de paracresila, um fosfato de ortocresila ou um fosfato de metacresila.

[290] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um composto que se degrada em um ou mais dos aditivos acima mencionados sob o calor das condições operacionais do motor ou sistema mecânico, tais como certos terpenos ou certos ésteres,

cetonas ou aldeídos cíclicos naturais aromáticos ou não aromáticos, que podem incluir, mas não se limitam a salicilato de metila (óleo de gautéria), óleo a folha/casca de canela (cinamaldeído), limoneno (dipenteno), pineno e canfeno.

[291] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende uma composição comercial de lubrificante pessoal /sexual comestível incluindo um anfifílico de açúcar ou substituto de açúcar.

[292] Em uma modalidade o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende uma formulação de filtro solar contra raios ultravioleta que pode incluir metoxicinamato de octila (oxctinoxato), butilmetoxidibenzoilmetano (B-MDM, Avobenzona), ácido octildimetilpara-aminobenzoico (OD-PABA), octocrileno, oxibenzona, benzoato de alquila, 2,6-naftalato de dietil- hexila, fenoxietanol, homossalato, etil-hexiltriazona, 4- metilbenzilidenocânfora (4-MBC) ou um polissorbato.

[293] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende uma formulação comercial de creme para a pele que pode incluir, mas não se limita a carbômero, palmitato de ascorbila, acetato de tocoferol, cetoconazol ou óleo mineral.

[294] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende uma formulação comercial sanitizante para as mãos que pode incluir carbômero, acetato de tocoferila ou propilenoglicol.

[295] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um produto comercial de cuidados para os cabelos humanos ou pelos de animais que pode incluir benzofenona, benzoato de alquila, fenoxietanol, oleato de sorbitano, um copolímero de estireno, propilenoglicol, hidroxi-iso-hexil-3-ciclo- hexenocarboxaldeído, hidroxitolueno butilado, cetoconazol petrolato, óleo mineral ou parafina líquida.

[296] Em uma modalidade, o produto comercial de cuidado com os cabelos é uma solução relaxadora ou ativadora de cachos, que pode incluir carbômero, hexilcinamal, salicilato de benzila, salicilato de trolamina, benzoato de benzila, limoneno, eugenol, 1,3- bis (hidroximetil)-5,5-dimetilimidazolidino-2,4-diona (DMDM hidantoína), ácido para-aminobenzoico (PABA), 4 dimetilaminobenzoato de 2-etil-hexila (Padimato Oo), butilfenilmetilpropional, propilparabeno, fenolsulfoftaleína (PSP, vermelho de fenol) ou um polissorbato.

[297] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende uma formulação comercial de tintura para o cabelo, que pode incluir óxido de ferro hidratado (Fe(OH)3;), para-fenilenodiamina, orto,

meta, ou para-aminofenol, 4-amino-2-hidroxitolueno, tridecet-2-carboxamida MEA, fenilmetilpirazolona, fenoxietanol, um poliquatérnio, hexilcinamal, butilfenilmetilpropional, fenolsulfoftaleína (PSP, vermelho de fenol), hidroxi-iso-hexil-3-ciclo-hexenocarboxaldeído, dióxido de titânio ou óxido de ferro.

[298] Em uma modalidade, o material carbonáceo essencialmente não grafítico compreende um pesticida comercial, que pode incluir, mas não se limita ao orto- fenilfenol (OPP), fenil-hidroquinona (PHQ) ou fenilbenzoquinona (PBQ).

[299] O oxidante pode estar em qualquer forma, incluindo, mas sem se limitar a gasoso, liquefeito, em pó sólido ou em sólido granulado. O oxidante pode incluir uma ou qualquer combinação dos seguintes itens, mas não se limita ao nitrato de potássio, oxigênio gasoso, nitrato de sódio, dicromato de amônio, nitrato de amônio, perclorato de amônio, perclorato de potássio, permanganato de potássio, nitrato de cálcio, peróxido de hidrogênio, bicarbonato de sódio ou tiocianato de mercúrio.

[300] Em uma modalidade, a mistura reacional inclui um solvente. O solvente pode incluir um álcool, incluindo um ou qualquer combinação dos seguintes, mas sem se limitar ao metanol, etanol, álcool isopropílico, n- propanol ou uma formulação de álcool gelificada, incluindo,

mas sem se limitar a uma formulação de álcool desnaturado gelificada, como uma formulação incluindo etanol e metanol, como encontrada na marca canned heat SternoG (The Sterno Group, LLC, Des Plaines, Illinois, Estados Unidos), ou uma formulação de álcool gelificada, tal como encontrada em sanitizantes para as mãos, incluindo formulações contendo tais agentes espessantes como ácido poliacrílico ou propilenoglicol.

[301] Em uma modalidade, a mistura reacional inclui um ou mais catalisadores ou outros aditivos. O aditivo ou catalisador pode incluir um ou qualquer combinação dos seguintes, mas sem se limitar a bicarbonato de sódio, bicarbonato de alumínio, fosfato de alumínio e sódio, sulfato de alumínio e sódio, carbonato de potássio, fosfato de potássio, hidróxido de potássio, hidróxido de alumínio, hidróxido de magnésio, sulfato de magnésio, fosfato de magnésio, creme de tártaro, ácido cítrico, ácido ascórbico, sucrase, invertase, ferroceno ou um catalisador de óxido de metal de transição, que pode estar em forma de nanopó, o catalisador incluindo um ou qualquer combinação dos seguintes, mas sem se limitar a um óxido de ferro, incluindo o óxido de ferro (II), óxido de ferro (II, III), óxido de ferro (III), hidróxido de ferro (II), hidróxido de ferro (III) ou óxido-hidróxido de ferro (III), óxido de alumínio, um óxido de cobre, incluindo, mas sem se limitar ao óxido de cobre (1) ou óxido de cobre (II), um óxido de níquel, incluindo, mas sem se limitar ao óxido de níquel (1) ou óxido de níquel (II), um óxido de titânio, incluindo, mas sem se limitar ao dióxido de titânio, óxido de titânio (1) ou óxido de titânio (II), ou um óxido de chumbo, incluindo, mas sem se limitar ao óxido de chumbo (I1), óxido de chumbo (IV), tetróxido de chumbo ou um sesquióxido de chumbo.

[302] Em uma modalidade, sacarose e bicarbonato de sódio são combinados em uma razão de cerca de 4:1, volume, com etanol adicionado como um solvente, para formar a mistura reacional.

[303] Em uma modalidade, os reagentes são misturados com um solvente inflamável como metanol, etanol ou isopropanol. Em algumas dessas modalidades, a fonte de carbono é dissolvida no solvente inflamável. Em outras modalidades, os reagentes formam uma pasta fluida com o solvente.

[304] Em uma modalidade, a reação é realizada na ausência de um solvente.

[305] Em uma modalidade, açúcar em pó e bicarbonato de sódio em pó são combinados em uma razão de 4 para 1 e misturados com um catalisador de óxido metálico antes da exposição ao calor.

[306] Em uma modalidade, a mistura reacional pode incluir, adicionalmente ou alternativamente, um ou mais dentre bicarbonato de sódio, naftaleno e óleo de linhaça.

[307] Em uma modalidade, sacarose e nitrato de potássio são combinados em uma razão de cerca de 35:65 para formar a mistura reacional (consulte Rocket Manual for Amateurs por B.R. Brinley, Ballantine Books, Nova Iorque, Nova Iorque, 1960, e Amateur Experimental Rocketry. Vol. 7 por Richard Nakka, autopublicado apenas em CD, Janeiro de 2011). Em uma modalidade, a mistura reacional inclui ainda um óxido metálico na faixa de cerca de 1% a cerca de 30% preferencialmente de cerca de 5%.

[308] Em uma modalidade, açúcar em pó e um álcool, preferencialmente etanol ou isopropanol, são colocados em um recipiente reacional e misturados para formar uma mistura reacional em pasta. A mistura reacional é aquecida para produzir um vapor contendo carepa de grafeno/derivado de grafeno esfoliada por vapor. Em algumas modalidades, a mistura reacional inclui ainda óxido de ferro sob a forma de pigmento de pó de óxido de ferro BayFerroxO (Lanxess, Colonia, Alemanha). Em outras modalidades, o óxido de ferro está sob a forma de nanopó de Fe;zOs de alta pureza (15 a 20 nm) (US Research Nanomaterials, Inc., Houston, Texas, Estados Unidos).

[309] Em uma modalidade, açúcar em pó e álcool gelificado, sob a forma de um sanitizante para as mãos convencional, incluindo água, ácido poliacrílico e 60% de álcool isopropílico, são colocados em um recipiente reacional e misturados para formar uma mistura reacional. A mistura reacional é aquecida para produzir um vapor contendo carepas de grafeno/derivado de grafeno esfoliada por vapor. Em algumas modalidades, a mistura reacional inclui ainda óxido de ferro sob a forma de pigmento de pó de óxido de ferro BayFerroxO (Lanxess, Colonia, Alemanha). Em outras modalidades, o óxido de ferro está sob a forma de nanopó de FezO0s de alta pureza (15 a 20 nm) (US Research Nanomaterials, Inc., Houston, Texas, Estados Unidos).

[310] Em uma modalidade, uma mistura reacional de açúcar em pó e álcool, preferencialmente etanol, é aquecida em um recipiente reacional usando uma placa de aquecimento até uma temperatura inferior em relação às modalidades descritas anteriormente, utilizando chama direta. A mistura reacional é aquecida até um ponto causando a formação de vapor contendo carepas de grafeno/derivado de grafeno esfoliadas por vapor. Em uma modalidade, a mistura reacional inclui ainda óxido de ferro sob a forma de pigmento de pó de óxido de ferro BayFerroxO (Lanxess, Colonia, Alemanha). Em uma modalidade, o óxido de ferro está sob a forma de nanopó de Fe3zO0s de alta pureza (15 a 20 nm) (US. Research Nanomaterials, Inc., Houston, Texas, Estados Unidos).

[311] Em uma modalidade, a fonte de óxido de ferro é um substrato sobre o qual são colocados os outros reagentes. Em uma modalidade, a fonte de óxido de ferro é uma peça de metal à base de ferro enferrujada. Os reagentes são, em seguida, aquecidos como em uma das modalidades descritas anteriormente.

[312] Em uma modalidade, o material carbonáceo é carvão ou um derivado de carvão. Em uma modalidade, o carvão é carvão pulverizado. Em uma modalidade, o carvão é nanocarvão. Em uma modalidade, o material carbonáceo é um ou mais dentre carvão, coque e alcatrão de carvão. Em uma modalidade, o carvão ou derivado de carvão é aquecido em um solvente com ponto de ebulição de alta temperatura até temperaturas de refluxo. Em uma modalidade, o processo é uma forma ruim ou inadequada de uma destilação de alcatrão de carvão ou de forno de coque, com gases reacionais sendo recondensados e gotejando de volta para a mistura reacional.

[313] Em uma modalidade, o material carbonáceo é sacarose. Em algumas modalidades, ácido sulfúrico concentrado converte a sacarose em carbono grafítico, que pode se formar com uma morfologia de espuma a partir de gases de reação aprisionados, por uma reação de desidratação de acordo com a Equação 4: C12H22011 Ásido sulfúrico 9988 12 C grafítico + 11 H2O (4)

[314] Em uma modalidade, um excesso de ácido sulfúrico é usado, de modo que qualquer vapor de água ou outros gases formados durante a reação de desidratação são liberados da mistura reacional e o produto de carbono grafítico não está sob a forma de uma espuma. Em uma modalidade, calor em excesso é fornecido ao sistema para promover o lançamento de todos os gases de reação.

[315] Em uma modalidade, o calor é usado para converter a sacarose em carbono por uma reação de desidratação, como mostrado na Equação 5: C12H22011 —sãlersy 12Cyrafítico + 11 H2O (5)

[316] Em uma modalidade, uma fonte de carbono grafítico e um líquido são colocados em um recipiente reacional e misturados para formar uma mistura de pasta fluida. A fonte de carbono grafítico pode ser de qualquer material, incluindo carbono grafítico, incluindo, mas sem se limitar a grafite natural, grafite sintético, um ou mais hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHsS), grafeno, carvão ativado, biochar, flegma de carvão, um ou mais benzenoides, naftaleno ou qualquer combinação desses. Em uma modalidade, a fonte de carbono grafítico é grafite natural ou sintético. Em uma modalidade, o grafite é moído em um pó fino. Em uma modalidade, a fonte de carbono grafítico é carvão ativado. Em uma modalidade, o líquido inclui uma ou qualquer combinação de um álcool, água ou óleo mineral. Em uma modalidade, o líquido é um ácido uma solução fortemente ácida. Em uma modalidade, o álcool é o metanol. A mistura de pasta fluida é aquecida para produzir vapor contendo carepas de grafeno/derivado de grafeno esfoliadas por vapor. Em uma modalidade, a mistura reacional inclui ainda óxido de ferro sob a forma de pigmento de pó de óxido de ferro BayFerroxO (Lanxess, Colonia, Alemanha). Em uma modalidade, o óxido de ferro está sob a forma de nanopó de Fe3zO0s de alta pureza (15 a 20 nm) (US. Research Nanomaterials, Inc., Houston, Texas, Estados Unidos).

[317] Em uma modalidade, um produto de carbono grafítico a partir da desidratação da sacarose e um solvente são colocados em um recipiente reacional e misturados para formar uma mistura de pasta fluida. Em uma modalidade, o solvente pode incluir uma ou qualquer combinação de um álcool, água e óleo mineral. Em uma modalidade, o álcool é metanol, etanol ou isopropanol. A mistura de pasta fluida é aquecida para produzir vapor contendo carepas de grafeno/derivado de grafeno esfoliadas por vapor. Em algumas modalidades, a mistura reacional inclui ainda óxido de ferro sob a forma de pigmento de pó de óxido de ferro BayFerroxO (Lanxess, Colonia, Alemanha). Em uma modalidade, o óxido de ferro está sob a forma de nanopó de Fez;O0s de alta pureza (15 a 20 nm) (US. Research

Nanomaterials, Inc., Houston, Texas, Estados Unidos).

[318] Em uma modalidade, a fonte de calor é uma chama aberta direta. Em uma modalidade, a fonte de calor é um combustível misturado com os reagentes inflamados por uma fonte de ignição. Em uma modalidade, a fonte de calor é uma placa de aquecimento. Em uma modalidade, um reagente adicional é adicionado para promover a formação de um gás de reação. Em uma modalidade, o reagente adicional é bicarbonato de sódio e o gás de reação é o dióxido de carbono. Em uma modalidade, os reagentes são aquecidos até a autoignição.

[319] Em uma modalidade, a reação química pode ocorrer propositadamente sob condições de pirólise. Em uma modalidade, uma reação pode propositadamente ocorrer sob condições de oxigênio insuficientes para combustão ou oxigênio mínimo ou dentro de uma câmara de vácuo parcial. Em uma modalidade, pelo menos alguns dos reagentes são aquecidos durante a formação do produto em uma atmosfera pobre em oxigênio controlada. Em uma modalidade, uma reação pode propositadamente empregar um aditivo para promover a combustão incompleta e a formação de fuligem ou outros produtos de combustão ou pirólise incompleta. Em uma modalidade, a reação pode ser realizada rapidamente por exposição da mistura reacional ao calor de uma chama direta.

[320] Em uma modalidade, os reagentes sólidos são misturados e aquecidos com uma chama direta em um recipiente reacional, como um cadinho. Embora o combustível para a chama pode ser qualquer combustível dentro do espírito da presente invenção, o combustível nestas modalidades é, preferencialmente, um combustível de queima relativamente limpa, tal como metano, etano, propano ou butano.

[321] Em uma modalidade, a fonte de calor é a chama direta.

[322] Em uma modalidade, o sistema é externamente aquecido até uma temperatura logo abaixo de uma temperatura de autoignição para o sistema iniciar a formação de produto.

[323] Em uma modalidade, o grafeno ou GO é formado como um produto de aquecimento de um intumescente. Intumescentes são comumente usados como retardadores de chama. Um intumescente, como usado na presente invenção, é qualquer material carbonáceo que incha, mas não queima, quando exposto ao calor. O intumescente pode incluir uma ou qualquer combinação dos seguintes, mas não se limita a fosfatos de dicresila, fosfatos de tricresila, incluindo, mas sem se limitar a fosfatos de paracresila, fosfatos de ortocresila ou precursores de resina polimérica de fosfatos de metacresila ou certas resinas epóxi, incluindo, mas sem se limitar a resinas termofixas, incluindo, mas sem se limitar a resinas de fenol-formaldeído (PF), resinas de melamina, resinas de éster de cianato ou policianuratos, resinas de éter de polifenileno (PPO), resinas de monômero de etilenopropilenodieno (EPDM) ou resinas de plastômero de poliolefina (POP).

[324] Em uma modalidade, o aquecimento do intumescente produz um carbonizado leve mau condutor de calor. Em uma modalidade, o aquecimento do intumescente produz um carbonizado pesado. Em uma modalidade, o carbonizado resultante é submetido a ataque de solvente e reaquecido para produzir o produto grafeno ou GO. Em uma modalidade, o carbonizado resultante pode então servir como o material carbonáceo para adição e reação com um oxidante. Em uma modalidade, o carbonizado pode ser combinado com um óleo e aquecido para produzir o produto da reação grafeno ou GO.

[325] Em uma modalidade, tal como descrito acima a fonte de carbono de material carbonáceo adicionado aos reagentes, ou aditivo, pode incluir uma ou qualquer combinação dos seguintes, mas não se limita ao óleo de linhaça, um óleo parafínico leve, um composto naftalênico, uma resina, um precursor de resina, um alquídeo, uma resina de alquídeo ou um precursor de alquídeo, incluindo, mas sem se limitar a um poliol, incluindo, mas sem se limitar a maltitol, xilitol, sorbitol, isomalte, pentaeritritol, etilenoglicol, glicerina ou poliéster.

[326] Em uma modalidade, os reagentes incluem polióis de um ou mais dentre polióis, um ou mais anidridos de ácido ou um ou mais triglicerídeos de ácidos graxos insaturados.

[327] Prevê-se que as modificações aos métodos acima descritos podem proporcionar a coleta mais fácil do grafeno ou GO e podem produzir um maior rendimento.

[328] Em uma modalidade, nenhum meio de mistura líquido ou gel é usado. Em uma modalidade, o meio de mistura é metanol. Em uma modalidade, o meio de mistura é água. Em uma modalidade, o meio de mistura é um material inflamável sólido, semissólido ou gelatinoso que pode ser misturado com a fonte de carbono. Em uma modalidade, o material inflamável é um combustível gel feito de álcool desnaturado, água e gel, tal como a marca canned heat Sterno6d (The Sterno Group LLC, Des Plaines, Illinois, Estados Unidos). Em uma modalidade, o álcool desnaturado inclui etanol com um ou mais aditivos, que podem incluir uma ou qualquer combinação dos seguintes, mas sem se limitar ao metanol, isopropanol, acetona, metiletilcetona, metilisobutilcetona ou denatônio.

[329] Em uma modalidade, o combustível gel é feito de vinagre, carbonato de cálcio e isopropanol. Em tais modalidades, o combustível gel pode ser levemente aquecido para tornar-se mais fluido para misturar com os reagentes e, em seguida, resfriado para regelificar. Em tal modalidade, uma chama direta pode ser utilizada inicialmente apenas para inflamar o combustível gel e iniciar a reação, com a chama sendo sustentada pela queima do combustível gel em si.

[330] Em uma modalidade, o grafeno oriundo do vapor ou carepas derivadas de grafeno são coletados pela deposição sobre uma superfície sólida em contato com as carepas oriundas do vapor.

[331] Em uma modalidade, o grafeno oriundo do vapor ou carepas derivadas de grafeno são coletadas usando a tecnologia de carvão limpo. Em uma modalidade, um depurador (consulte, por exemplo, Semrau, "Practical process design of particulate scrubbers", Chem. Eng., Vol. 84, pp. 87-91, 1977), preferencialmente um depurador por via úmida, é usado para coletar qualquer grafeno ou carepas de GO oriundo do vapor. Em uma modalidade, gases de combustão são tratados com vapor para coletar partículas oriundas do vapor incluindo carepas de grafeno ou GO oriundas do vapor.

[332] Em uma modalidade, as carepas derivadas de grafeno ou grafeno oriundo do vapor são coletadas por borbulhamento do fluxo de vapor produzido através de um líquido.

Em uma modalidade, o líquido é água.

Em outras modalidades, o líquido é um óleo, que pode incluir, mas não se limita a um óleo vegetal ou um óleo lubrificante.

Em uma modalidade, um tensoativo é adicionado à água para promover a formação de uma camada uniforme de grafeno ou derivado de grafeno na superfície da água.

Em uma modalidade, o líquido é aquecido para promover a formação, através de automontagem, de uma camada uniforme de grafeno ou derivado de grafeno na superfície do líquido.

Em uma modalidade, o líquido é aquecido até perto de sua temperatura de ebulição.

Em uma modalidade, aditivos são usados para elevar a temperatura de ebulição do líquido.

Em uma modalidade, ultrassom é aplicado ao líquido para promover a automontagem do grafeno ou derivado de grafeno na superfície do líquido.

Em uma modalidade, luz ultravioleta é aplicada ao líquido para promover a automontagem do grafeno ou derivado de grafeno na superfície do líquido.

Em uma modalidade, uma atmosfera de argônio acima do líquido promove a automontagem do grafeno ou derivado de grafeno na superfície do líquido.

Em uma modalidade, uma pressão reduzida é usada para promover a automontagem do grafeno ou derivado de grafeno (consulte Putz et al., "Evolution of Order During Vacuum-Assisted Self-Assembly of Graphene Oxide Paper and Associated Polymer Nanocomposites", ASC Nano, Vol. 5, pp. 6601-6609, 2001).

[333] Em uma modalidade, o solvente remanescente no frasco reacional contendo material grafítico após o término da etapa de pirólise é usado como um revestimento para formar um composto reforçado pelo material grafítico. Em uma modalidade, o solvente contendo material grafítico é aplicado mergulhando o material a ser revestido em um solvente contendo material grafítico. Em uma modalidade, fibras individuais são revestidas. Em outras modalidades, uma malha de fibras é revestida. Em uma modalidade, várias camadas são depositadas para encobrir quaisquer rachaduras no material grafítico, reforçando assim o revestimento.

[334] Em uma modalidade, o solvente contendo material grafítico é misturado com um material estrutural para formar um composto reforçado com grafeno. Em uma modalidade, o solvente contendo material grafítico é combinado com fibras de composto pré-impregnadas (pre-preg) para formar um material composto reforçado com grafeno. Em uma modalidade, a fonte de carbono para o material grafítico é um precursor de resina para a resina particular a ser reforçada pelo material grafítico.

[335] Em uma modalidade, o líquido de coleta aquoso usado para acumular vapor de produto de combustão é usado em um molde para facilitar a fabricação dos materiais compostos sólidos que fazem uso dos produtos de combustão.

[336] Em uma modalidade, os vapores de reação são coletados e canalizados diretamente sobre a superfície interior ou exterior de um molde, sem o uso de um meio coletor líquido.

[337] Em uma modalidade, os vapores de reação são coletados e canalizados diretamente sobre a superfície de um substrato sólido. Em uma modalidade, o substrato sólido é uma fibra e um composto de fibra reforçado com grafeno é formado após a deposição. Em uma modalidade, a fibra é fibra de carbono. Em uma modalidade, a fibra é polimérica. O revestimento de grafeno pode ser aplicado à fibra antes ou após a tecelagem em conjunto das fibras individuais dependendo da aplicação e das propriedades desejadas para o composto de fibra de grafeno. Em uma modalidade, várias camadas são depositadas para cobrir rachaduras nas folhas de grafeno, reforçando assim o revestimento.

[338] Em uma modalidade, o vapor coletado resultante é suspenso em um líquido que é posteriormente drenado, evaporado ou removido de outro modo, permitindo que as folhas de grafeno, GO ou rGO revistam o interior de um molde ou sejam depositadas sobre um substrato sólido ou líquido já em tal molde ou introduzido no molde, com a finalidade de produzir um material composto.

[339] No sistema da Figura 3, uma mistura reacional é colocada em um recipiente reacional 10. Calor é aplicado ao recipiente reacional 10 por um elemento de aquecimento 12. Os gases de reação gerados e o produto suportado por gás acumulam pressão no recipiente reacional e saem do recipiente reacional por um canal 14. O fluxo de gás de reação sai do canal 14 acima da superfície do líquido 16. Em outra modalidade (não mostrada), o canal 14 direciona o vapor abaixo da superfície do líquido 16, depois que ele borbulha para a superfície 18 do líquido 16. Em uma modalidade (não mostrada), um borrifador é fixado à extremidade do canal 14 para proporcionar vários pontos de liberação para distribuir as bolhas do fluxo de gás de reação sob ou acima da superfície do líquido. Os gases de reação são liberados na atmosfera 22 acima da superfície do líquido 18, enquanto o produto de grafeno/derivado de grafeno permanece no líquido, acumulando principalmente na superfície do líquido 18. Alternativamente, o canal 14 pode liberar o fluxo de gás de reação diretamente para a atmosfera 22 acima da superfície do líquido 18. Em algumas tais modalidades, o fluxo de gás de reação é dirigido em para a superfície do líquido 18 pelo canal 14.

[340] Um elemento de controle de temperatura 24 pode ser usado para controlar a temperatura do líquido fornecendo calor ou resfriamento para promover a formação de grandes folhas de óxido de grafeno por automontagem hidrofóbica na superfície do líquido. O elemento de controle de temperatura 24 ou um elemento de ultrassom separado pode fornecer vibração ultrassônica para promover a formação de grandes folhas de óxido de grafeno na superfície do líquido. Uma tampa (não mostrada) pode ser utilizada para cobrir o líquido 16 para, assim, criar um ambiente controlável fechado 22 acima do líquido 16. Em uma modalidade (não mostrada), um aumento da pressão é mantido no ambiente 22 por uma fonte de pressão através de uma válvula. Em uma modalidade, a fonte de pressão é um gás inerte, como argônio, para fornecer um ambiente inerte acima do líquido. Em uma modalidade (não mostrada), uma válvula de escape permite a liberação do excesso de pressão da atmosfera 22. o recipiente reacional 10 preferencialmente inclui uma válvula de equalização de pressão 34 para aliviar o excesso de vácuo formado no recipiente reacional 10, que evita que o líquido seja drenado para o canal 14 em direção ao recipiente reacional durante o refluxo e a reação.

[341] Em uma modalidade, o recipiente reacional é um aparelho de frasco de Buchner. Em uma modalidade, o topo do frasco é rolhado e a tubulação é conectada à espiga de mangueira do frasco. Em uma modalidade, a outra extremidade do tubo é colocada sob um líquido sem qualquer tipo de borrifador na extremidade da tubulação. Em uma modalidade, a válvula de equalização de pressão está ligada a uma linha que se estende através da tampa no topo do frasco de

Buchner.

[342] Em uma modalidade, o grafeno ou derivado de grafeno formado na superfície do líquido é transferido para um substrato sólido pelo simples contato de tal substrato sólido com a superfície do líquido, tal como por uma deposição tipo Langmuir-Blodgett (consulte, por exemplo, Blodgett, "Films built by depositing successive monomolecular layers on a solid surface", J. Amer. Chem. Soc, Vol. 57, pp. 1007-1022, 1935).

[343] Em uma modalidade, o produto de grafeno ou GO coletado é adicionalmente reduzido ou, de outro modo tratado para remover as impurezas remanescentes do produto.

[344] Em uma modalidade, o produto da reação GO é convertido em óxido de grafeno reduzido (rGO). Em uma modalidade, o GO é quimicamente reduzido a rGO, conforme genericamente representado na Equação 4: óxido de grafeno + agente redutor - óxido de grafeno reduzido (rGO) (6)

[345] Em uma modalidade, o GO é coloidalmente disperso em água ou outro líquido e quimicamente reduzido a rGO usando mono-hidrato de hidrazina (consulte Stankovich et al., "Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide", Carbon, Vol. 45, pp. 1558-1565, 2007, Gao et al, "Hydrazine and Thermal Reduction of Graphene Oxide: Reaction Mechanisms",

J. Phys. Chem. C, Vol. 114, pp. 832-842, 2010), Si et al, "Synthesis of Water Soluble Graphene", Nano Lett., Vol. 9, pp. 1679-1682, 2008). Em outra modalidade, o GO é quimicamente reduzido a rGO usando hidroquinona (consulte Wang et al, "Facile Synthesis and Characterization of Graphene Nanosheets", J. Phys. Chem. C, Vol. 112, pp. 8192- 8195, 2008). Em outra modalidade, o GO é quimicamente reduzido a rGO usando hidrogênio gasoso (consulte Wu et al., "Synthesis of high-quality graphene with a predetermined number of layers", Carbon, Vol. 47, pp. 493- 499, 2009). Em outras modalidades, o GO é quimicamente reduzido a rGO usando uma solução fortemente básica (consulte Fan et al., "Deoxygenation of Exfoliated Graphite Oxide under Alkaline Conditions: A Green Route to Graphene Preparation", Adv. Mater., Vol. 20, pp. 4490-4493, 2008, Boehm et al, "Das Adsorptionsverhalten sehr diinner Kohlenstoff-Folien", Z. Anorg. Allg. Chem., Vol. 316, pp. 119-127, 1962).

[346] Em uma modalidade, calor ou uma corrente elétrica é usada para reduzir o GO a rGO. Em uma modalidade, o GO é termicamente esfoliado e reduzido a rGO mediante aquecimento até 1050 ºC e extrusão para remover dióxido de carbono gerado (consulte McAllister et al., "Single Sheet Functionalized Graphene by Oxidation and Thermal Expansion of Graphite", Chem. Mater., Vol. 19, pp.

4396-4404, 2007). Em uma modalidade, o GO é eletroquimicamente reduzido a rGO pela colocação de eletrodos em extremidades opostas de um filme de óxido de grafeno sobre um substrato não condutor e aplicação de uma corrente elétrica (consulte Zhou et al., "Controlled Synthesis of Large-Area and Patterned Electrochemically Reduced Graphene Oxide Films", Chem. Eur . J., Vol. 15, pp. 6116-6120, 2009).

[347] Em uma modalidade, a adição de mono-hidrato de hidrazina à água, através do que o óxido de grafeno produzido é borbulhado, seguido por aquecimento da solução aquosa até -80 ºC, converte o produto de óxido de grafeno em um filme automontado de plaquetas de óxido de grafeno reduzido na interface ar-água (consulte Zhu et al., "Transparent self- assembled films of reduced graphene oxide platelets", Appl. Phys. Lett., Vol. 95, pp. 103.104- 1-103.104-3, 2009). Forças externas adicionais podem ser aplicadas ao líquido para incentivar a automontagem das plaquetas de rGO, incluindo, mas sem se limitar a vibrações ultrassônicas ou luz ultravioleta.

[348] Em uma modalidade, os produtos acima descritos são usados em combinação com resinas poliméricas para formar compostos de alta resistência. As resinas poliméricas são preferencialmente resinas poliméricas de epóxi. Em algumas modalidades, os compostos incluem ainda fibras de carbono.

[349] Em uma modalidade, a resina polimérica e o grafeno/derivado de grafeno são formados como camadas alternadas no composto. Em uma modalidade, uma camada de grafeno/derivado de grafeno é depositada como um vapor sobre uma camada de resina polimérica. Em uma modalidade, uma camada de grafeno/derivado de grafeno é depositada de uma superfície aquosa sobre uma camada de resina polimérica. Em uma modalidade, uma pasta de grafeno/derivado de grafeno é aplicada a uma camada de resina polimérica.

[350] Numa modalidade, o grafeno/derivado de grafeno é formado diretamente sobre a camada de resina polimérica por desidratação da sacarose utilizando ácido sulfúrico concentrado, onde o material de resina polimérica é altamente resistente ao ácido sulfúrico. Materiais poliméricos “altamente resistentes ao ácido sulfúrico incluem, mas não se limitam a cloreto de polivinila (PVC), PVC clorado (CPVC), fluoreto de polivinilideno, politetrafluoretileno (PTFE), poli(clorotrifluoroetileno) (CTFE), fibra de vidro de resina de epóxi e epóxi EP21AR (Master Bond, Inc., Hackensack, New Jersey, Estados Unidos).

[351] Em uma modalidade, a resina é uma das seguintes, ou uma combinação híbrida das seguintes resinas poliméricas (1) uma ou mais resinas de alquilfenol termoplásticas, normalmente usadas na fabricação de pneus, (2) uma ou mais resinas de paraoctilfenolo (POP) formaldeído tipo NOVOLACO, (3) uma ou mais resinas taquificantes não termorreativas de para-butilfenol terciário (PTBP) formaldeído tipo POLYTONEO, (4) uma ou mais resinas de éter de polifenileno (PPE) e (5) uma ou mais resinas de óxido de polifenileno (PPO), incluindo, mas sem se limitar a uma ou mais resinas de óxido de siloxanopolifenileno.

[352] Em uma modalidade, o grafeno/derivado de grafeno é misturado com a resina polimérica antes de a resina fixar. Em uma modalidade, as fibras de carbono também são misturadas com o grafeno/derivado de grafeno e a resina polimérica não fixa. O tipo de resina polimérica e os níveis relativos de grafeno/derivado de grafeno e de fibra de carbono são preferencialmente selecionados para proporcionar um equilíbrio adequado de resistência e flexibilidade para um uso ou aplicação particular específico do produto composto resultante.

[353] Em uma modalidade, a resina para o polímero do composto também é a fonte de carbono para a parte de grafeno/derivado de grafeno do composto.

[354] Em uma modalidade, o composto de polímero reforçado com grafeno/GO é usado em aplicações estruturais convencionalmente restringidas para materiais metálicos, tais como a estrutura de um veículo. Em uma modalidade, o composto de polímero é remoldável e, portanto, reciclável do uso em uma estrutura para uso em outra estrutura.

[355] Em um método de formação de grafeno gelificado ou geleia de grafeno, um reservatório de água contendo carepas de grafeno/derivado de grafeno foi deixado evaporar ao longo do tempo. Em uma modalidade, os materiais de partida para a produção da mistura reacional para produzir as carepas de grafeno/derivado de grafeno compreendem sacarose, etanol, fermento em pó e óxido de ferro. Em uma modalidade, a água no reservatório de água evaporou muito lentamente e depois de um período de cerca de um mês aproximadamente em temperatura ambiente, metade de um volume original de -800 mL de líquido permaneceu no béquer. Uma camada de gel grudento, que poderia ser descascado, formou-se no topo do fluido. Sob esta camada do topo, havia uma camada turva esbranquiçada de cerca de 14" de espessura, com a consistência de uma geleia fina. Embora a composição e as características físicas destas geleias de grafeno não foram adicionalmente testadas, espera-se que estas formas de grafeno tenham propriedades físicas e químicas úteis.

[356] Em uma modalidade, o grafeno gelificado aquoso ou o reservatório de água com o grafeno ou derivado de grafeno coletado é usado no lugar de água na formação de um material composto. Em uma modalidade, o grafeno gelificado aquoso ou o reservatório de água com o grafeno ou derivado de grafeno coletado é usado no lugar de água em uma mistura de cimento para formar um concreto reforçado com grafeno com resistência melhorada em relação ao concreto convencional. Em uma modalidade, o grafeno gelificado aquoso ou o reservatório de água com o grafeno ou derivado de grafeno coletado é usado na formação de betão betuminoso para formar betão betuminoso reforçado com grafeno com resistência melhorada em relação ao betão betuminoso convencional.

[357] Em uma modalidade, o dióxido de carbono ou monóxido de carbono é usado como uma fonte de carbono na produção de grafeno, um derivado do grafeno, uma nanopartícula metálica encapsulada com carbono ou nanoaço, assim removendo potencialmente o excesso de carvão do ambiente. Monóxido de carbono e dióxido de carbono são conversíveis em uma variedade de diferentes produtos apropriados como matéria-prima carbonácea para os métodos de síntese contidos neste documento, como metanol sintético (consulte, por exemplo, Sakakura et al, "Transformation of Carbon Dioxide", Chem. Rev., Vol. 107, pp. 2365-2387, 2007, Yu et al, "Copper- and copper-N-heterocyclic carbene- catalyzed C-H activating carboxylation of terminal alkynes with C(4 at ambient conditions", PNAS, Vol. 107, pp. 20184- 20189, 2010, Jiang et al, "Turning carbon dioxide into fuel", Phil. Trans. R. Soc . A, Vol. 368, pp. 3343-3364, 2010). Em uma modalidade, o monóxido de carbono ou dióxido de carbono é primeiro convertido em uma ou mais formas intermediárias de material carbonáceo, capaz de passar por reações de combustão ou pirólise para incorporar o átomo de carbono de tais gases em uma ligação grafítica carbono- carbono útil. Em uma modalidade, o intermediário em tal conversão é um álcool formado pela reação de dióxido de carbono com gás hidrogênio. Em uma modalidade, o dióxido de carbono é fornecido diretamente à mistura de refluxo para reação com gás hidrogênio gerado por refluxo da mistura de refluxo, formando assim o metanol sintético in situ.

[358] Em uma modalidade incorporando óxido de ferro, o processo funciona como um forno Bessemer em nanoescala, para formar nanoaço. Referindo-se especificamente à Figura 7, carregamento significativo é observado em toda a amostra, especialmente nas bordas do esferoide. Uma vez que a amostra está carregando em geral, a característica provável que causa este carregamento é a presença de uma substância não condutora em toda a amostra. O único material não condutor possível com base na análise elementar seria um óxido. Assim, conclui-se que há uma camada de óxido sobre todo o resto. Em relação ao carregamento dos esferoides, como uma borda afiada não é observada nas imagens, os esferoides devem conter matéria condutora e não condutora. A causa mais provável para este fenômeno seria ferro elementar preso em uma matriz de óxido de carbono não condutora.

[359] O ferro elementar conduz e brilha sob SEM, mas a matriz de óxido de carbono não condutora é forte o suficiente para impedir que a estrutura esferoide quebre, apesar de ser não condutora e não ser capaz de passar a carga para a camada de óxido por toda a amostra. A inferência é que a camada exterior de óxido é óxido de grafeno e o material condutor é ferro, dado que a EDS relata a presença de apenas ferro, carbono e oxigênio. Se a parte externa das bolas fosse de carbono puro, tal como se a estrutura fosse grafeno ou um fulereno, ela seria condutora e nenhum carregamento de amostras seria observado, como é o caso dos nanotubos de carbono ou de materiais de fita de carbono comumente utilizados como acessórios SEM. Uma vez que a camada externa está carregando, ela deve ser não condutora e, portanto, a forma mais provável de carbono é óxido de grafeno. Além disso, como mencionado antes, todo o escape carrega até certo ponto, conforme mostrado nas imagens SEM. Portanto conclui-se também que camadas de óxido de grafeno estão presentes em toda a amostra.

[360] Em uma modalidade, o nanoaço é usinado para formar um nanocircuito ou outra nanoestrutura. Em algumas modalidades, um nanofeixe de gravura a laser é usado para moldar o nanoaço.

[361] Resultados do teste

[362] Vários testes foram realizados para criar e recuperar o grafeno e seus derivados, e para produzir SGANs, de acordo com a invenção.

[363] Teste 1

[364] Em um método de síntese de SGANs, uma mistura reacional foi aquecida usando chama direta. Pigmento de pó de óxido de ferro BayFerrox6 (Lanxess, Colonia, Alemanha), açúcar em pó e etanol foram colocados em um recipiente reacional e misturados em uma pasta para formar uma mistura reacional. A mistura reacional foi aquecida com chama direta de uma tocha de propano, e um escape SEM foi mantido acima da mistura reacional aquecida no fumo e/ou vapor produzido pelo aquecimento da mistura reacional.

[365] A superfície do escape SEM foi, em seguida vista usando um XL 30 ESEM-FEG da série XL da Philips (FEI” Company, Hillsboro, Oregon, Estados Unidos), usando o software EDAXO Genesis"" versão 4.61 (AMATEKGO Inc., Mahwah, New Jersey, Estados Unidos) e uma plataforma de formação de imagem de escândio. As imagens de microscópio eletrônico resultantes das superfícies do escape são mostradas nas Figuras 4 a 7. A análise elementar em anexo por EDS para a área amostrada (com as leituras de cobre e alumínio do escape em si sendo removido) mostrou apenas carbono, oxigênio e ferro nas porcentagens em peso (% em peso) e atômicas (% At) mostradas na Tabela ll para as áreas nas caixas amostradas nas Figuras 4 a 7. As Figuras 4 a 6 mostram estruturas esferoides com diâmetros na faixa de -2- mícrons, e todas as figuras mostram estruturas não esferoides de formato irregular, com comprimentos na faixa de - 1 a 5 mícrons.

[366] Tabela 1

[367] Dados de Análise Elementar da Estrutura de Síntese amostrada peso) peso) peso)

[368] As áreas amostradas dos esferoides das Figuras 4 a 5C mostram principalmente carbono e oxigênio com valores de ferro baixos semelhantes. Referindo-se especificamente à Figura 4, o feixe EDAXO destina-se a uma grande área de uma estrutura esferoide com diâmetro de quase 5 um. Referindo-se especificamente à Figura 5A, o feixe de ponto EDAX6 alveja uma parte na superfície de um esferoide com um diâmetro entre 2 e 3 um. Referindo-se especificamente à Figura 5B, o feixe EDAXO alveja uma pequena área branca na superfície do esferoide da Figura 5A, com esta imagem mostrando claramente a natureza esferoide da estrutura e a presença de imperfeições na superfície. Referindo-se especificamente à Figura 5C, o feixe EDAXO alveja uma porção maior do esferoide da Figura 5A. Acredita-se que essa estrutura contenha níveis de ferro internos significativamente mais elevados do que aqueles medidos por EDS, com a baixa leitura de ferro por EDS indicando baixa penetração do feixe EDAXO da camada exterior no córtex do esferoide. Acredita-se que as estruturas esferoides sejam nanocebolas de óxido de grafeno com múltiplas camadas, com as várias camadas de óxido de grafeno blindando o ferro interno da detecção por EDS.

[369] A Figura 6 mostra a estrutura irregular de uma das características não esferoides observadas na superfície do escape. Acredita-se que a morfologia destas estruturas seja papel de óxido de grafeno. As áreas mais brilhantes desta imagem indicam concentrações mais altas de ferro. A quantidade de ferro nesta estrutura, medida por EDS, é quase dez vezes maior do que a que é medida nas estruturas esferoides. Acredita-se que o feixe de elétrons seja capaz de penetrar neste fino papel de óxido de grafeno mais do que é capaz de penetrar nos esferoides de múltiplas camadas, de modo que mais ferro é relatado neste exemplo.

[370] As estruturas esferoides observadas foram determinadas como sendo altamente estáveis, uma vez que o foco do feixe EDAXO sobre a estrutura durante mais de 20 minutos não teve nenhum efeito observável sobre a estrutura.

[371] Em algumas imagens SEM, foi observada uma área quadrada de sombra no suporte, indicando a excitação de elétrons e uma superfície não condutora, presumivelmente revestida com um filme de óxido de grafeno.

[372] Teste 2

[373] Em outro método de síntese de SGANs, uma mistura reacional foi aquecida usando chama direta. Pigmento de pó de óxido de ferro BayFerrox6O (Lanxess, Colonia, Alemanha), açúcar em pó e álcool gelificado, sob a forma de uma formulação sanitizante para as mãos comum incluindo água, ácido poliacrílico e -+-60% de álcool isopropílico foram colocados em um recipiente reacional e misturados para formar uma mistura reacional. A mistura reacional foi aquecida com chama direta de uma tocha de propano e um escape SEM foi mantido acima da mistura reacional aquecida no fumo e/ou vapor produzido pelo aquecimento da mistura reacional.

[374] A superfície do escape SEM foi estudada usando um XL 30 ESEM-FEG da série XL da Philips (FEI” Company, Hillsboro, Oregon, Estados Unidos), usando o software EDAXO Genesis"" versão 4.61 (AMATEKGO Inc., Mahwah, New Jersey, Estados Unidos) e uma plataforma de formação de imagem de escândio. As imagens de microscópio eletrônico resultantes das superfícies do escape são mostradas nas Figuras 8 a 11. A análise elementar em anexo por EDS (com as leituras de cobre e alumínio do escape em si sendo removidas) mostrou apenas carbono (64,40% em peso/79,37% At), oxigênio (16,95% em peso/15,68% At) e ferro (18,65% em peso/4,94% At) para a área amostrada da Figura 8. As estruturas observadas no escape SEM eram geralmente menores do que aquelas observadas a partir da síntese anterior usando etanol ao invés de álcool gelificado. O número de estruturas esferoides em relação às estruturas de floco foi observado como sendo muito maior do que na síntese usando etanol. A Figura 10 mostra uma área de alta concentração de estruturas esferoides.

[375] A Figura 11 mostra uma área maior do escape SEM em menor ampliação. A imagem mostra que um filme muito fino foi depositado continuamente sobre uma grande área do escape SEM. Para fins de geração de imagens, um revestimento de ouro/paládio foi depositado em vapor sobre a amostra.

[376] No entanto, observou-se que o revestimento de ouro/paládio é muito mais espesso do que o revestimento de vapor de óxido de grafeno, levando ao completo mascaramento de qualquer detalhe de revestimento de vapor de óxido de grafeno pelo revestimento de ouro/paládio. Também é importante observar que o revestimento de ouro/paládio mostra que o revestimento de vapor de óxido de grafeno não foi rompido em todo o escape.

[377] Teste 3

[378] Em outro método de síntese de SGANs, uma mistura reacional foi aquecida usando chama direta. Pigmento de pó de óxido de ferro BayFerrox6 (Lanxess, Colonia, Alemanha), carvão vegetal ativado, metanol e óleo mineral foram colocados em um recipiente reacional e misturados para formar uma mistura reacional. A mistura reacional foi aquecida com chama direta de uma tocha de propano e um escape SEM foi mantido acima da mistura reacional aquecida no fumo e/ou vapor produzido pelo aquecimento da mistura reacional.

[379] A superfície do escape SEM foi estudada usando um XL 30 ESEM-FEG da série XL da Philips (FEI” Company, Hillsboro, Oregon, Estados Unidos), usando o software EDAXO Genesis"" versão 4.61 (AMATEKGO Inc., Mahwah, New Jersey, Estados Unidos) e uma plataforma de formação de imagem de escândio. As imagens de microscópio eletrônico resultantes das superfícies do escape revelaram estruturas com aparência semelhante àquelas dos experimentos acima descritos, incluindo esferoides na faixa de 5 a 15 pm de diâmetro e maiores estruturas cristalinas irregulares com dimensões de largura mínimas na faixa de 10 a 50 pm. A análise elementar por EDS em anexo (com as leituras de cobre e alumínio do escape em si sendo removidas) mostraram, além de carbono, oxigênio e ferro, uma variedade de impurezas incluindo cálcio, cobre, sódio, silício e chumbo, os quais podem formar cristais cúbicos de face centrada (FCC).

[380] Teste 4

[381] Em outro método de Síntese de nanopartículas, uma mistura reacional foi aquecida usando uma placa de aquecimento até uma temperatura inferior do que a do método descrito anteriormente usando chama direta. Óxido de ferro em pó, açúcar em pó e etanol foram colocados em um frasco de Búchner. O topo do balão foi rolhado e a tubulação plástica foi conectada com a espiga de mangueira. A outra extremidade do tubo de plástico foi colocada sob a água em um béquer com água destilada. A mistura reacional foi aquecida causando formação de vapor, que borbulhou através da água destilada. Após o término da reação, a água foi deixada evaporar lentamente no béquer, com a superfície da água com uma consistência gelatinosa e com um resíduo branco sendo depositado sobre as paredes do béquer acima da superfície da água, conforme a água evaporou. Embora o resíduo branco não foi caracterizado, acredita-se que seja feito de SGANs.

[382] Teste 5

[383] Em outro método de Síntese de nanopartículas, açúcar em pó ("365 Organic Powdered Sugar" da Whole Foods Market, LP (Austin, Texas, Estados Unidos). Ingredientes: açúcar de cana orgânico, amido de tapioca orgânico), sanitizante para as mãos ("Instant Hand Sanitizer”, obtido junto à Greenbrier International, Inc. (Chesapeake, Virgínia, Estados Unidos). Ingredientes: álcool etílico a 62%, água, trietanolamina glicerina, propilenoglicol, acetato de tocoferila, gel de Aloe Barbadensis, carbômero, fragrância), isopropanol ("álcool isopropílico a 99%" obtido junto à Meijer Distributing Inc. (Grand Rapids, Michigan, Estados Unidos)), fermento em pó ("Dr. Oetker Baking Powder", obtido junto à Dr. Oetker Canada, Ltd. (Mississauga, Ontário, Canadá). Ingredientes: Pirofosfato Ácido de Sódio, Bicarbonato de Sódio, Amido de Milho) e óleo mineral ("óleo mineral lubrificante intestinal da MWalgreens" de Walgreen (Co. (Deerfield, Illinois, Estados Unidos)) foram combinados em um frasco. O frasco foi aquecido com uma chama direta para converter o açúcar em carbono grafítico. O topo do balão foi rolhado e a tubulação direcionou o fluxo de gás de reação contendo as carepas de grafeno esfoliadas em vapor para borbulhar em um banho-maria. Óleo mineral foi adicionado ao frasco conforme necessário para manter o líquido no frasco.

[384] Uma espátula de metal entrou em contato com a superfície do banho-maria para coletar o produto da reação que se formou depois de ser transportado pelo fluxo de vapor. Observou-se um filme visível sobre a espátula de metal após a mesma secar de um dia para o outro. Embora a espátula de metal tenha mergulhado no líquido em um ângulo, o produto da reação pode ser alternativamente transferido para uma superfície sólida por imersão da mesma em paralelo ou perpendicular à superfície líquida, dependendo da superfície sólida e do revestimento de superfície desejado. Alternativamente, a superfície sólida pode ser elaborada através da interface abaixo da superfície líquida ou por drenagem do líquido para depositar o produto sobre a superfície do sólido no líquido.

[385] A superfície de metal revestido foi, em seguida, limpa contra uma grade TEM de carbono para transferir parte do revestimento de grafeno para a grade TEM. O revestimento sobre a grade TEM foi observado usando uma TEM da Philipsoê (FEI"”" Company, Hillsboro, Oregon, Estados Unidos), número de série D609, e as imagens nas Figuras 12 a 17 foram registradas. Estas estruturas são semelhantes em termos de composição e morfologia com as estruturas conhecidas como carbono holey ou carbono lacey. A Figura 12 mostra uma morfologia de folha de grafeno uniforme razoavelmente grande. A Figura 13 mostra uma morfologia de folha de grafeno grande com uma gavinha estendendo-se para a esquerda da imagem. A Figura 14 mostra folhas de grafeno com múltiplas camadas dobradas. As Figuras 16 e 17 mostram fios finos de grafeno conectando áreas maiores da folha, com a Figura 15 mostrando uma maior ampliação das múltiplas camadas de tal fio. Além das imagens das Figuras 12 a 17, as porções da grade TEM apareceram completamente pretas sob TEM porque a camada depositada era muito espessa para o feixe de elétrons atravessar. Em várias outras áreas, o filme pareceu não estar completamente seco e observou-se um revestimento de grafeno para mudar a forma sob o feixe de elétrons.

[386] Teste 6

[387] Em um método de formação de folhas de grafeno, carvão vegetal ativado, água, 6óleo mineral e isopropanol foram aquecidos em um frasco de Buchner tampado. Assim que a mistura começou a ferver e refluxar, uma fumaça branca começou a ser gerada com o vapor. A fumaça esbranquiçada foi transportada com o vapor para fora do frasco balão através de tubulação plástica e foi aplicada à superfície de um reservatório de água, onde um filme opaco se formou sobre a superfície. Depois de aguardar alguns minutos depois que o filme se formou, partes do filme foram transferidas para grades TEM de cobre para um estudo mais aprofundado.

[388] As grades TEM de cobre foram estudadas usando um F20 (S)TEM da Philipsê Tecnai (FEI"”" Company, Hillsboro, Oregon, Estados Unidos). Imagens representativas das amostras são mostradas nas Figuras 18 e 19. Para a análise elementar, o feixe EDAXO foi usado para determinar as proporções de carbono para oxigênio em oito pontos diferentes na amostra. A análise resultante mostrou que a razão de carbono para oxigênio nas amostras estava entre 97,4:2,6% atômica para 99,1:0,9% atômica com uma média de 98,4:1,6% atômica das oito amostras. Em comparação com os experimentos com óxido de ferro na mistura reacional, na ausência de óxido de ferro, o produto resultante era carbono quase puro, sob a forma de grafeno.

[389] Produção in situ de quantidades tribologicamente eficazes de depósitos carbonáceos benéficos em composições lubrificantes

[390] As modalidades da invenção empregam aditivos contendo carbono cíclico para lubrificantes de base destinados à pirólise rápida in situ e produzem quantidades tribologicamente eficazes de depósitos carbonáceos benéficos e moléculas dentro de um motor ou sistema mecânico. Em uma modalidade, o aditivo forma partículas grafíticas abrasivas benéficas in situ na composição de lubrificação que servem como agentes de nanopolimento para nanopolir superfícies de atrito e remover asperezas antes de o lubrificante de base começar a degradar significativamente. Uma vez que as superfícies de atrito são nanopolidas até quase da perfeição de nível atômico, já não existem asperezas nas superfícies de atrito para abrigar depósitos nocivos. Assim, a formação de depósitos nocivos nas partes internas do sistema e a necessidade de aditivos detergentes convencionais em composições lubrificantes são drasticamente reduzidas ou mesmo eliminadas.

[391] Os aditivos divulgados na presente invenção não são selecionados para melhorar ou proteger o lubrificante de base subjacente. Em vez disso, os aditivos são selecionados para promover a rápida formação preferencial in situ de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos ou outras formas de carbono grafítico que são nanopartículas ou micropartículas contendo carbono grafítico tribologicamente úteis em quantidades tribologicamente eficazes. Em uma modalidade, o aditivo inclui um aditivo contendo anel carbônico consistindo em apenas átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. Em uma modalidade, o aditivo contendo anel de carbono é um hidrocarboneto. Quaisquer radicais na composição lubrificante preferencialmente ajudam na formação de partículas de carbono grafítico úteis. Em uma modalidade,

as nanopartículas agem como agentes de nanopolimento para nanopolir superfícies de atrito até uma alta lisura pela redução ou remoção de asperezas, reduzindo assim o atrito entre as superfícies de desgaste. Ao longo do tempo, lubrificantes de base convencionais tendem a perder a viscosidade, causando risco de danos às superfícies de atrito. Com o uso das modalidades da presente invenção, as superfícies de atrito tornam-se cada vez mais nanopolidas, de modo que qualquer diluição do lubrificante de base através do uso contínuo permite que o sistema mecânico tenha um desempenho mais eficientemente através de redução na viscosidade do lubrificante de base. Em uma modalidade, o lubrificante de base começa como um óleo mais pesado e dilui progressivamente até um óleo de peso mais leve ao longo do tempo, conforme as superfícies de atrito tornam-se nanopolidas. Em uma modalidade, a composição lubrificante lubrifica eficazmente, apesar da drenagem ou intervalos de substituição prolongada em comparação com lubrificantes de base convencionais.

[392] Ao invés de promover a degradação ao longo do tempo para formar compostos que se transformam em lodo de carbono amorfo, pelo menos um dos aditivos preferencialmente promove a formação de uma ou mais formas de carbono grafítico tribologicamente úteis na presente invenção.

[393] As composições lubrificantes da presente invenção preferencialmente incluem um aditivo selecionado para servir como uma fonte de carbono sacrificial para a formação in situ de carbono grafítico, enquanto que o lubrificante de base continua a lubrificar um motor operacional ou outro sistema mecânico. O lubrificante de base pode ser um refinado de petróleo ou um óleo, graxa ou líquido sintético. O aditivo pode ser pirolizado para formar carbono grafítico sob as condições de funcionamento do motor ou outro sistema mecânico. Em uma modalidade, o aditivo pode ser pirolizado a uma temperatura compreendida entre - 50 ºC e - 550 “ºC. Em uma modalidade, o aditivo pode ser pirolizado a uma temperatura menor que - 50 ºC ou a uma temperatura maior que + 550 Cc. Em um motor em funcionamento, tais condições podem ser alcançadas localmente nas superfícies de atrito ou sobre superfícies do motor, turbopropulsor, turbina ou engrenagem internas.

[394] O aditivo é fornecido em uma quantidade tribologicamente eficaz de modo que as estruturas in situ são formadas e presentes na composição lubrificante para inicialmente fornecer um revestimento tribológico suficientemente eficaz sobre as superfícies de atrito de um sistema lubrificado. A quantidade de aditivo a ser adicionada ao lubrificante pode variar de acordo com a taxa desejada de variação do desempenho do motor ou outro sistema mecânico em funcionamento, e a quantidade de lubrificante de base a permanecer não diluída. A adição de uma maior quantidade de aditivo aumenta a taxa de formação das estruturas in situ, mas também irá diluir o lubrificante de base. Uma quantidade eficaz de aditivo pode, portanto, compreender, de - 10 mg por litro de lubrificante de base a - 500 g por litro de lubrificante de base. Estas quantidades não se destinam a limitar a invenção de qualquer maneira e podem ser determinadas caso a caso pelo formulador.

[395] Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui o atrito no sistema lubrificado em relação à lubrificação lubrificado pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui o atrito no sistema lubrificado por pelo menos 1% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui o atrito no sistema lubrificado por pelo menos 2% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui o atrito no sistema lubrificado por pelo menos 3% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui o atrito no sistema lubrificado por pelo menos 4% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui o atrito no sistema lubrificado por pelo menos 5% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui o atrito no sistema lubrificado por pelo menos 10% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado.

[396] Em uma modalidade, uma quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui a potência negativa no sistema lubrificado em relação à lubrificação lubrificado pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a potência medida no sistema lubrificado por pelo menos 1% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a potência medida no sistema lubrificado por pelo menos 2% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a potência medida no sistema lubrificado por pelo menos 5% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a potência medida no sistema lubrificado por pelo menos 10% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a potência medida no sistema lubrificado por pelo menos 20% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a potência medida no sistema lubrificado por pelo menos 50% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado.

[397] Em uma modalidade, uma quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a saída de torque no sistema lubrificado em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a saída de torque no sistema lubrificado por pelo menos 1% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a saída de torque no sistema lubrificado por pelo menos 2% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a saída de torque no sistema lubrificado por pelo menos 5% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a saída de torque no sistema lubrificado por pelo menos 10% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a saída de torque no sistema lubrificado por pelo menos 20% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo aumenta a saída de torque no sistema lubrificado por pelo menos 50% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado.

[398] Em uma modalidade, uma quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui a rugosidade da superfície de uma superfície de atrito interna no sistema lubrificado em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado. Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui a rugosidade da superfície de uma superfície de atrito interna no sistema lubrificado por pelo menos 5% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado.

Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui a rugosidade da superfície de uma superfície de atrito interna no sistema lubrificado por pelo menos 10% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado.

Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui a rugosidade da superfície de uma superfície de atrito interna no sistema lubrificado por pelo menos 20% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado.

Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui a rugosidade da superfície de uma superfície de atrito interna no sistema lubrificado por pelo menos 50% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado.

Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui a rugosidade da superfície de uma superfície de atrito interna no sistema lubrificado por pelo menos 75% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado.

Em uma modalidade, a quantidade tribologicamente eficaz de aditivo diminui a rugosidade da superfície de uma superfície de atrito interna no sistema lubrificado por pelo menos 90% em relação à lubrificação pelo lubrificante convencional a que ele é adicionado.

[399] Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 100 horas de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo. Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 80 horas de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo. Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 60 horas de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo. Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 40 horas de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo. Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 20 horas de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo.

Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 10 horas de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo.

Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 5 horas de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo.

Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 2 horas de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo.

Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de uma hora de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo.

Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 30 minutos de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo.

Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 10 minutos de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo. Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre dentro de 5 minutos de funcionamento do sistema lubrificado depois de adicionar a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo. Em uma modalidade, a mudança mensurável no atrito, redução de potência negativa ou redução da rugosidade da superfície ocorre substancialmente ao mesmo tempo em que se adiciona a quantidade tribologicamente eficaz do aditivo.

[400] Composições lubrificantes incluindo pelo menos um aditivo, conforme descrito, melhoram o desempenho do motor e nanopolem as superfícies de metal lubrificadas. Pelo menos um dos aditivos é quimicamente modificado in situ para formar partículas lubrificantes e de nanopolimento, que foram observadas em superfícies metálicas lubrificadas por microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM) . As estruturas esferoides observadas sobre as superfícies não em atrito são geralmente compreendidas na faixa de tamanho de 1 a 10 mícrons e são determinadas como sendo constituídas principalmente de carbono, oxigênio e ferro. Estas estruturas de micropartículas são separadas até uma partícula básica não maior que - 3 nm em dimensão, e duras o suficiente para nanopolir superfícies de aço até a rugosidade da superfície medida (Ra) de 3,44 nm.

[401] Para uma modalidade, essa partícula básica foi analiticamente determinada como sendo um SGAN e, mais especificamente, um SGAN metálico. Em algumas modalidades, o SGAN metálico é um SGAN férrico. O núcleo do SGAN pode ser uma estrutura cristalina cúbica densamente empacotada cúbica com um metal cúbico de face centrada. O cristal densamente empacotado cúbico pode ser de um óxido metálico da família espinel, que pode incluir, mas não se limita a magnetita (Fe30:), espinel (MgAl20:), gahnita (ZnAl201), hercinita (FeAl2O0s), cuproespinélio (CuFez2O0s), franklinita, galaxita, jacobsita (MnFez0:4), trevorita (NiFez204s), ulvoespinélio (TiFez2O0s), ferrita de zinco, cromita (FeCr201) e magnesiocromita (MgCr20:). Em outras modalidades, o núcleo pode ser uma estrutura cristalina cúbica não espinélica.

[402] A estrutura cristalina cúbica pode incluir pelo menos um átomo de ferro. Em algumas modalidades, o núcleo de cristal pode ser hidróxido férrico sob a forma de espinélio (Belleville et al., "Crystallization of ferric hydroxide into spinel by adsorption on colloidal magnetite", Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 150, pp. 453-460, 1992). Em uma modalidade, o núcleo de cristal pode ser FexCui-xRh2Ses, onde 0 < x < 0,3, sob forma de espinélio (Kim et al., "Magnetic properties of the spinel phase for FexCui-xRhrSes", J. Appl. Phys., Vol. 64, 342190, 1988).

[403] Em uma modalidade, o núcleo de cristal se forma in situ. Em uma modalidade, o aditivo inclui um núcleo de cristal. Em algumas modalidades, o núcleo de cristal pode ser formado por um ou mais mecanismos descritos por Dekker ("capítulo 5: Deoxidation in Low Carbon Steel Killed with Aluminum" na tese de Ph.D., Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, pp. 43-65, Belgium, 2002), Botta et al. ("Mechanochemical synthesis of hercynite", Materials Chemistry and Physics, Vol. 76, pp. 104-109), ou Chen et al. ("Synthesis of hercynite by reaction sintering", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 31 , pp. 259-263, 2011).

[404] Em uma modalidade, acredita-se que a parte externa de SGAN seja um carbono fulereno ou estrutura tipo fulereno. Em algumas modalidades, acredita-se que a fonte de carbono seja convertida em PAHs in situ, conforme divulgado por Bohme ("PAH and Fullerene Ions and Ion/Molecule Reactions in Interstellar and Circumstellar Chemistry", Chem. Rev., Vol. 92, pp. 1487-1508, 1992), Mansurov ("Formation of Soot from Polycyclic Aromatic Hydrocarbons as well as Fullerenes and Carbon Nanotubes in the Combustion of Hydrocarbon", Journal of Engineering Physics and Thermodynamics, Vol. 84, pp. 125-159, 2011), ou Ravindra et al. ("Atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons: Source attribution, emission factors and regulation", Atmospheric Environment, Vol. 42, pp. 2895- 2921, 2008) para formar folhas de grafeno, em que o grafeno é em seguida convertido em um fulereno na presença de ferro por um mecanismo como aquele divulgado por Chuvilin et al. ("Direct transformation of graphene to fullerene", Nature Chemistry, Vol. 2, pp. 450-453, 2010). Em uma modalidade, acredita-se que o carbono que se deposita na superfície de uma partícula de ferro esteja sob a forma de coque, como divulgado por Meima et al. ("Catalyst deactivation phenomena in styrene production", Applied Catalysis A: General, Vol. 212, pp. 239-245, 2001). Em uma modalidade, acredita-se que o SGAN tenha a superfície grafitizada.

[405] Em uma modalidade, o carbono pode ser depositado sobre a superfície de uma partícula de ferro sob a forma de uma esfera de estireno reticulada, tal como o processo de alquilação, reticulação e polimerização de Friedel-Crafts descrito por Barar et al. ("Freidel-Crafts Cross-Linking for Polystyrene Modification", Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., Vol. 22, pp. 161-166, 1983).

[406] Nos SGANS observados, espera-se que pelo menos parte do ferro mensurado deva estar sob a forma de magnetita, que poderia tornar os SGANs ferrimagnéticos. Em outras modalidades, as esferas de SGAN ou de estireno reticulado podem incluir uma ou mais de partículas ferromagnéticas, paramagnéticas ou superparamagnéticas. Em uma modalidade, acredita-se que os SGANsS formem aglomerados in situ, e são revestidos com carbono grafítico sob a forma de uma ou qualquer combinação dos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), grafeno, óxido de grafeno (GO), microtúbulo e fulereno para formar micropartículas maiores. Sob cisalhamento, acredita-se que estes aglomerados quebrem em unidades menores ou eliminem camadas superficiais, mas reaglomerem uma vez removidos do ambiente de alto cisalhamento.

[407] A natureza magnética dos SGANs ou esferas de estireno reticuladas contendo ferro os torna atraentes um em relação ao outro, em relação ao carbono grafítico e às superfícies contendo ferro, e às partículas contendo ferro em suspensão na composição lubrificante. Quando um SGAN férrico ou agregado maior se aproxima de uma superfície de atrito do aço, a partícula poderia ser então atraída para a superfície e servir tanto para ajudar na lubrificação quanto para micropolir a superfície de atrito. O núcleo suportando a parte externa do SGAN poderia fornecer a força necessária para polir as partes de aço.

[408] Os SGANsS divulgados são nanopolidores superiores aos nanodiamantes. Uma vez que não se acredita que o núcleo do SGAN seja quimicamente ligado à sua parte externa, acredita-se que a parte externa seja capaz de girar independentemente do núcleo, a fim de atuar como um nanorrolamento de bolas. Além disso, acredita-se que a parte externa não ligada do SGAN seja menos rígida do que o nanodiamante e, assim, mais capaz de difundir as forças de impacto.

[409] Em uma modalidade, ao invés dos núcleos contendo metal cristalino descritos acima, o SGAN pode ter um núcleo contendo anel de carbono aromático. Em uma modalidade, o núcleo contendo anel carbônico aromático pode ser um núcleo contendo estireno ou derivado de estireno. Em uma modalidade, o núcleo contendo anel carbônico aromático pode se formar in situ na composição lubrificante por automontagem de moléculas anfifílicas contendo anel carbônico aromático. Em uma modalidade, as moléculas anfifílicas contendo anel carbônico aromático podem ser moléculas anfifílicas derivadas de estireno ou estireno. Em uma modalidade, o núcleo automontado pode conter grupos reativos que permitem que as moléculas quimicamente reticulem entre si uma vez automontadas. Em uma modalidade, uma parte externa de fulereno pode se formar ao redor do núcleo automontado para formar uma nanopartícula semelhante aos SGANS acima descritos para formar um agente de nanopolimento.

[410] Além dos aditivos testados, muitas outras classes de aditivos podem ser usadas em composições lubrificantes para atingir resultados semelhantes. o aditivo preferencialmente tem uma estrutura com pelo menos um anel cíclico, que pode ser aromática ou não aromática, e pelo menos um grupo funcional estendendo-se do anel ou de uma cadeia estendendo-se do anel. Em uma modalidade, a estrutura inclui anéis fundidos. o aditivo preferencialmente tem uma estrutura incluindo pelo menos um átomo de oxigênio além de carbono e hidrogênio. Em uma modalidade, outros heteroátomos podem estar presentes na estrutura química, embora eles podem não ser necessários para alcançar os resultados desejados e podem ser desfavorecidos.

[411] Em uma modalidade, o aditivo é dissolvido na composição lubrificante. Em uma modalidade, o aditivo é um líquido que é miscível com o lubrificante. Em uma modalidade, o aditivo inclui um particulado. Uma vez que filtros de óleo do motor convencionais são projetados para remover por filtração substancialmente todas as partículas maiores que - 40 um em tamanho, cerca da metade das partículas de - 20 um de tamanho, e cerca de 10 a 20% das partículas com - 10 um de tamanho, os aditivos particulados do óleo do motor preferencialmente têm um tamanho de partícula médio menor que - 10 um para evitar o entupimento de um filtro de óleo. Em uma modalidade, substancialmente todas as partículas têm um tamanho menor que - 10 um. Em uma modalidade, os aditivos particulados têm um tamanho de partícula médio menor que - 5 um. Em uma modalidade, substancialmente todas as partículas têm um tamanho menor que - 5 um. Em uma modalidade, os aditivos particulados têm um tamanho de partícula médio menor que - 1 um. Em uma modalidade, substancialmente todas as partículas têm um tamanho menor que - 1 um.

[412] Em uma modalidade, o aditivo compreende açúcar em pó (sacarose). Açúcares em pó são comercialmente disponíveis em uma variedade de finuras e são comumente usados para fins culinários. Açúcares em pó 6x têm um tamanho de partícula médio menor que - 200 um. Açúcares em pó l10x têm um tamanho de partícula médio menor que - 150 um. Açúcares fondant são açúcares em pó com um tamanho de partícula médio menor que - 50 um. Açúcares fondant comercialmente disponíveis incluem "Celebration" (British Sugar, Peterborough, Reino Unido, Grã-Bretanha), um açúcar superfino com um tamanho de partícula médio de - 11 um, "Silk Sugar" (British Sugar, Peterborough, Reino Unido, Grã-Bretanha), um açúcar ultrafino com um tamanho de partícula médio de - 8 um e Drivert da C&H Baker (C&H Sugar Company, Inc., Crockett, Califórnia, Estados Unidos) com um tamanho de partícula médio de - 5 - 7 um.

[413] Em uma modalidade, o açúcar em pó tem um tamanho de partícula médio menor que - 5 um. Em uma modalidade, substancialmente todas as partículas têm um tamanho menor que - 5 um. Em algumas modalidades, o açúcar em pó tem um tamanho de partícula médio menor que - 1 um. Em uma modalidade, substancialmente todas as partículas têm um tamanho menor que - 1 um. Em uma modalidade, o açúcar em pó é formado até o tamanho de partícula predeterminado por moagem de sacarose cristalina em um ambiente seco. Em uma modalidade, o açúcar em pó é moído usando uma técnica de micromoagem a seco conhecida de moagem de cristais até tamanhos de partícula de tamanho na faixa de mícrons ou submícrons. Em uma modalidade, o açúcar em pó é até o tamanho de partícula predeterminado por técnicas de evaporação, como a evaporação do solvente a partir de microgotículas de uma solução de açúcar dissolvido ou liofilização (freeze-drying) de uma solução de açúcar dissolvido.

[414] Em uma modalidade, o açúcar, preferencialmente sacarose micropulverizada ou nanopulverizada, é adicionada a um líquido lubrificante convencional para servir como a fonte de carbono para a formação in situ de carbono grafítico, enquanto que a composição lubrificante lubrifica um motor em funcionamento. Em uma modalidade, apenas o açúcar é adicionado a um lubrificante de base convencional. Em uma modalidade, açúcar e óleo Marvel Mistery (fórmula original, Turtle Wax, Inc., Westmont, Illinois, Estados Unidos, fonte de hidrocarbonetos naftênicos e terpeno) são adicionados a um lubrificante de base convencional. Em uma modalidade, açúcar e óleo mineral são adicionados a um lubrificante de base convencional. Em uma modalidade, açúcar é combinado com um tensoativo oleoso que compatibiliza o açúcar antes da adição ao lubrificante de base (consulte Hiteshkumar et al., "Self-assembly in sugar-oil complex glasses", Nature Materials, 6, pp. 287-290, 2007). Em uma modalidade, a compatibilização do açúcar evita que o mesmo entupa um filtro no sistema lubrificado como um gel ou sólido. Em uma modalidade, o tensoativo oleoso é um terpeno. Em uma modalidade, o terpeno é limoneno. Em uma modalidade, o açúcar e o tensoativo oleoso são combinados em uma razão menor que cerca de 1:1. Em uma modalidade, a mistura de açúcar-tensoativo oleoso está em um estado líquido no momento de ser adicionada ao líquido lubrificante. Em uma modalidade, o açúcar é um anfifílico à base de açúcar.

[415] Em uma modalidade, o aditivo compreende uma piranose, uma furanose, um carbômero cíclico ou um benzenoide (consulte Katritzky et al., "Aqueous High- Temperature Chemistry of Carbo- and Heterocycles. 20

Reactions of some Benzenoid Hydrocarbons and Oxygen- Containing Derivatives in Supercritical Water at 460 ºC", Energy & Fuels, Vol. 8, pp. 487-497, 1994), incluindo, mas sem se limitar a benzenoides contendo oxigênio.

[416] Em uma modalidade, o aditivo compreende um açúcar diferente de sacarose. Em uma modalidade, o açúcar compreende um melaço ou substituto de melaço, que pode compreender, mas não se limita a sorgo doce, melaço de beterraba, melaço de romã, melaço de amora, melaço de alfarroba, melaço de tâmara, melaço de uva, melaço backstrap, xarope de melaço preto, mel de abelha, xarope de bordo ou xarope de milho, incluindo, mas sem se limitar a xarope de milho com alto teor de frutose. Em algumas modalidades, o açúcar compreende um açúcar invertido, que pode incluir, mas não se limita a xarope de açúcar invertido.

[417] Em uma modalidade, o açúcar compreende um desoxiaçúcar, que pode compreender, mas não se limita a desoxirribose, fucose ou ramnose.

[418] Em uma modalidade, o açúcar compreende um monossacarídeo, que pode compreender, mas não se limita a glicose, frutose, galactose, xilose ou ribose.

[419] Em uma modalidade, o açúcar compreende um dissacarídeo, que pode compreender, mas não se limita a sacarose, lactulose, lactose, maltose, trealose, celobiose ou soforose.

[420] Em uma modalidade, o açúcar compreeende um polissacarídeo, que pode incluir, mas não se limita a amido, glicogênio, arabinoxilano, celulose, quitina ou pectina.

[421] Em uma modalidade, o aditivo compreende um álcool de açúcar, que pode incluir, mas não se limita a eritritol, treitol, arabitol, xilitol, ribitol, manitol, sorbitol, dulcitol, iditol, isomalte, maltitol ou lactitol.

[422] Em uma modalidade, o aditivo compreende um substituto de açúcar, que pode incluir, mas não se limita a estévia, aspartame, sucralose, neotame, acessulfame de potássio ou sacarina.

[423] Em uma modalidade, o aditivo compreende um derivado de açúcar, que pode incluir, mas não se limita a soforitol, um glicosídeo fenólico, um glicosídeo do esteviol, uma saponina, um glicosídeo ou amigdalina.

[424] Em uma modalidade, o aditivo compreende uma ciclometicona, que pode incluir, mas não se limita a feniltrimeticona ou ciclopentassiloxano.

[425] Em uma modalidade, o aditivo compreende um esteroide, que pode incluir, mas não se limita a sapogenina ou diosgenina.

[426] Em uma modalidade, o aditivo compreende um cinamato, que pode incluir, mas não se limita a cinamato de metila ou etila. Em uma modalidade, o aditivo compreende ácido cinâmico. Em uma modalidade, o aditivo compreende óleo de canela.

[427] Em uma modalidade, o aditivo compreende um fenilpropanoide, que pode incluir, mas não se limita ao ácido cinâmico, ácido cumárico, ácido cafeico, ácido ferúlico, ácido 5-hidroxiferúlico, ácido sinápico, cinamaldeído, umbeliferona, resveratrol, um monolignol, que pode compreender, mas não se limita ao álcool coniferílico, álcool de cumarila ou álcool sinapílico, ou um fenilpropeno, que pode compreender, mas não se limita ao engenol, chavicol, safrol ou estragol.

[428] Em uma modalidade o aditivo compreende um benzoato, que pode incluir, mas não se limita ao benzoato férrico, de benzila, etila, metila, fenila, de ciclo- hexanol, 2-fenila, pentaeritritol, tetrassódico ou potássico. Em uma modalidade, o aditivo inclui ácido benzoico. Em algumas modalidades, o aditivo compreende ácido aminobenzoico. Em uma modalidade, o aditivo compreende éster metílico do ácido 2-hidroximetilbenzoico. Em uma modalidade, o aditivo inclui ubiquinona.

[429] Em uma modalidade, o aditivo compreende um carboxilato, incluindo, mas sem se limitar ao cis,cis- 1,3, 5-ciclo-hexanotricarboxilato de trimetila.

[430] Em uma modalidade, o aditivo compreende um benzopirano, que pode incluir, mas não se limita ao cromeno, isocromeno ou um benzopirano substituído.

[431] Em uma modalidade, o aditivo compreende uma flavona ou isoflavona que ocorre naturalmente ou sintética, que pode incluir, mas não se limita a flavan-3-ol ou flavanona.

[432] Em uma modalidade, o aditivo compreende um salicilato, que pode incluir,i mas não se limita a salicilato férrico, de metila, etila, butila, cinamila, ciclo-hexila, etil-hexila, heptila, isoamila, octila, benzila, fenila, p-cresol, o-cresol, m-cresol ou de sódio. Em uma modalidade, o aditivo inclui ácido salicílico. Em uma modalidade, o aditivo inclui ácido aminossalicílico.

[433] Em uma modalidade, o aditivo compreende um antioxidante. Em uma modalidade, o antioxidante é um antioxidante cíclico. Em uma modalidade, o antioxidante é um antioxidante fenólico, que pode incluir, mas não se limita ao 2, 6-di-terc-butilfenol, 2-terc-butil-4,6- dimetilfenol, 2,6-di-terc-butil-4-etilfenol, 2,6-di-terc- butil-4-n-butilfenol, 2, 6-di-terc-butil-4-l1-butilfenol, 2,6-diciclopentil-4-metilfenol, 2- (a-metilciclo-hexil)-4,6- dimetilfenol, 2, 6-dioctadecilmetilfenol, 2,4, 6-triciclo- hexilfenol, 2, 6-diterc-butil-4-metoximetilfenol, 2,67 diterc-butil-4-metoxifenol, 2, 5-diterc-butil-hidroquinona, 2,5-diterc-amil-hidroquinona, 2,6-difenil-4-

octadeciloxifenol, 2,2' -metilenobis- (6-terc-butil-4- metilfenol), 2,2' -metilenobis- (6-terc-butil-4-etilfenol), 2,2' -metilenobis-[4-metil-6- (a-metilciclo-hexil)-fenol], 2,2' -metilenobis- (4-metil-6-ciclo-hexilfenol), 2,2'- metilenobis-(6-nonil-4-metilfenol), 2,2'-metilenobis-[6-(a- metilbenzil)-4-nonilfenol], 2,2'-metilenobis-[6-(a,a- dimetilbenzil)-4-nonilfenol], 2,2'-metilenobis-(4,6-diterc- butilfenol), 2,2'-etilidenobis-(4,6-diterc-butilfenol), 2,2' -etilidenobis- (6-terc-butil-4-isobutilfenol), 4,4'- metilenobis-(2,6-diterc-butilfenol), 4,4'-metileno-bis-(6- terc-butil-2-metilfenol), 1,1-bis- (5-terc-butil-4-hidróxi- 2-metilfenil)-butano, 2, 6-di- (3-terc-butil-5-metil-2- hidroxibenzil)-4-metilfenol, 1,1,3-tris- (5-terc-butil-4- hidróxi-2-metilfenil)-butano e qualquer antioxidante fenólico à base de plantas que ocorra naturalmente, que pode incluir, mas sem se limitar ao ácido ascórbico, um tocoferol, um tocotrienol, ácido rosemarínico e outros ácidos fenólicos e flavonoides, tais como aqueles encontrados, por exemplo, em uvas, bagas, azeitonas, soja, folhas de chá, alecrim, manjericão, orégano, canela, cominho e açafrão.

[434] Em uma modalidade, o aditivo compreende 4- vinilfenol, antocianina ou cromenílio.

[435] Em uma modalidade, o aditivo compreende um aminoácido cíclico, que pode incluir, mas não se limita a fenilalanina, triptofano ou tirosina.

[436] Em uma modalidade, o aditivo compreende um derivado de ciclo-hexano que pode incluir, mas não se limita a 1,3-ciclo-hexadieno ou 1,4-ciclo-hexadieno.

[437] Em uma modalidade, o aditivo compreende um derivado de benzeno que pode incluir, mas não se limita a um polifenol, benzaldeído, benzotriazol, carbonato de benzil-l-naftila, benzeno, etilbenzeno, tolueno, estireno, benzonitrila, fenol, anidrido ftálico, ácido ftálico, ácido tereftálico, ácido p-toluico, ácido benzoico, ácido aminobenzoico, cloreto de benzila, isoindol, glicolato de etilaftaliletila, N-fenilbenzamina, metoxibenzoquinona, benzilacetona, benzilidenoacetona, hexilcinamaldeído, 4- amino-2-hidroxitolueno, 3-aminofenol ou vanilina.

[438] Em uma modalidade, o aditivo derivado de benzeno compreende um benzenodiol, que pode incluir 1,2-di- hidroxibenzeno (catecol), 1,3-di-hidroxibenzeno (resorcinol) ou 1,4-di-hidroxibenzeno (hidroquinona).

[439] Em uma modalidade, o aditivo compreende um naftoato, incluindo, mas sem se limitar a 2-metóxi-l- naftoato de metila ou 3-metóxi-2-naftoato de metila.

[440] Em uma modalidade, o aditivo compreende um acrilato, incluindo, mas sem se limitar a 2-propilacrilato de benzila ou metacrilato de 2-naftila.

[441] Em uma modalidade, o aditivo compreende um ftalato, incluindo, mas sem se limitar ao ftalato de dialila.

[442] Em uma modalidade, o aditivo compreende um succinato, incluindo, mas sem se limitar ao succinato de bis (2-carboxifenila).

[443] Em uma modalidade, o aditivo compreende um carpato, incluindo, mas sem se limitar ao O-metilpodocarpto de metila.

[444] Em uma modalidade, o aditivo compreende um fluoróforo, que pode incluir,i mas sem se limitar a isotiocianato de fluoresceína, rodamina, ftalocianina ou ftalocianina de cobre.

[445] Em uma modalidade, o aditivo compreende um medicamento, que pode incluir, mas não se limita ao ácido acetilsalicílico, paracetamol, ibuprofeno ou um benzodiazepínico.

[446] Em uma modalidade, o aditivo compreende um fosfato, que pode incluir, mas não se limita a um fosfato de cresildifenila, um fosfato de dicresila, um fosfato de triortocresila, um fosfato tricresílico, um fosfato de paracresila, um fosfato de ortocresila ou um fosfato de metacresila.

[447] Em uma modalidade, o aditivo compreende um composto que se degrada em um ou mais dos aditivos acima mencionados sob o calor das condições operacionais do motor ou sistema mecânico, tais como certos terpenos ou certos ésteres, cetonas ou aldeídos cíclicos naturais aromáticos ou não aromáticos, que podem incluir, mas não se limitam, a salicilato de metila (óleo de gautéria), óleo a folha/casca de canela (cinamaldeído), limoneno (dipenteno), pineno e canfeno.

[448] Em uma modalidade, o aditivo compreende uma composição lubrificante pessoal/sexual comestível comercial incluindo um anfifílico de açúcar ou substituto de açúcar.

[449] Em uma modalidade o aditivo compreende uma formulação de filtro solar contra raios ultravioleta que pode incluir metoxicinamato de octila (oxctinoxato) butilmetoxidibenzoilmetano (B-MDM, Avobenzona), ácido octildimetilpara-aminobenzoico (OD-PABA), octocrileno, oxibenzona, benzoato de alquila, 2,6-naftalato de dietil- hexila, fenoxietanol, homossalato, etil-hexiltriazona, 4- metilbenzilidenocânfora (4-MBC) ou um polissorbato.

[450] Em uma modalidade, o aditivo compreende uma formulação de creme para a pele comercial que pode incluir, mas não se limita a carbômero, palmitato de ascorbila, acetato de tocoferol, cetoconazol ou óleo mineral.

[451] Em uma modalidade, o aditivo compreende uma formulação sanitizante para as mãos comercial que pode incluir carbômero, acetato de tocoferila ou propilenoglicol.

[452] Em uma modalidade, o aditivo compreende um produto de cuidados para os cabelos humanos ou pelos animais comercial que pode incluir benzofenona, benzoato de alquila, fenoxietanol, oleato de sorbitano, um copolímero de estireno, propilenoglicol, hidroxi-iso-hexil-3-ciclo- hexenocarboxaldeído, hidroxitolueno butilado, cetoconazol petrolato, óleo mineral ou parafina líquida.

[453] Em uma modalidade, o produto de cuidado com os cabelos comercial é uma solução relaxadora ou ativadora de cachos, que pode incluir carbômero, hexilcinamal, salicilato de benzila, salicilato de trolamina, benzoato de benzila, limoneno, eugenol, 1,3-bis (hidroximetil)-5,5- dimetilimidazolidino-2,4-diona (DMDM hidantoína), ácido para-aminobenzoico (PABA), 4-dimetilaminobenzoato de 2- etil-hexila (Padimato O), butilfenilmetilpropional, propilparabeno, fenolsulfoftaleína (PSP, vermelho de fenol) ou um polissorbato.

[454] Em uma modalidade, o aditivo compreende uma formulação comercial de tintura para o cabelo, que pode incluir óxido de ferro hidratado (Fe (OH)3), para- fenilenodiamina, orto, meta ou para-aminofenol, 4-amino-2- hidroxitolueno, tridecet-2-carboxamida MEA, fenilmetilpirazolona, fenoxietanol, um poliquatérnio, hexilcinamal, butilfenilmetilpropional, fenolsulfoftaleína (PSP, vermelho de fenol), hidroxi-iso-hexil-3-ciclo-

hexenocarboxaldeído, dióxido de titânio ou óxido de ferro.

[455] Em uma modalidade, o aditivo compreende um pesticida comercial, que pode incluir, mas não se limita ao orto-fenilfenol (OPP), fenil-hidroquinona (PHQ) ou fenilbenzoquinona (PBQ).

[456] Em uma modalidade, o aditivo compreende um composto com uma estrutura bidimensional, que pode incluir, mas não se limita a lignina, grafeno ou óxido de grafeno.

[457] Em uma modalidade, o aditivo compreende uma forma de carbono, que pode incluir, mas não se limita a turfa, lignita, carvão betuminoso (bituminous coal), carvão sub-betuminoso, carvão pulverizado, nanocarvão, carvão- vapor, carvão betuminoso (cannel coal), antracita, carvão vegetal, negro de fumo, carvão vegetal ativado, licor negro, grafite, grafeno, óxido de grafeno ou resíduo carbônico de açúcar. Em uma modalidade, a forma de carbono serve como um agente de transferência de calor na composição lubrificante.

[458] Em uma modalidade, a forma de carbono compreende um nanopó. Em uma modalidade, a forma de carbono tem uma maior área superficial. Em uma modalidade, a forma de carbono compreende um nanocarvão vegetal ativado. O nanocarvão vegetal ativado pode compreender partículas de carvão vegetal ativado que foram moídas a partir de um carvão vegetal ativado convencional até o tamanho de nanopartículas. O carvão vegetal ativado pode ser moído usando qualquer método convencional para produzir partículas nanométricas. Em uma modalidade, o carvão vegetal ativado é moído usando técnicas de nanomoagem por via seca ou úmida de moagem de sólidos até tamanhos de partícula na faixa do submícron. Em uma modalidade, o nanocarvão vegetal ativado tem um tamanho de partícula médio menor que - 100 nm. Em uma modalidade, substancialmente todas as partículas têm um tamanho menor que - 100 nm. Em alguma uma modalidade, o nanocarvão vegetal ativado tem um tamanho de partícula médio menor que - 50 nm. Em uma modalidade, substancialmente todas as partículas têm um tamanho menor que - 50 nm.

[459] Em uma modalidade, a forma de carbono compreende carbono grafítico. Em uma modalidade, o carbono grafítico compreende pelo menos um PAH, que pode incluir mas sem se limitar a naftaleno, acenaftileno, acenafteno, flúor, fenantreno, antraceno, fluoranteno, pireno, benzo[a]antraceno, criseno, benzo[b] fluoranteno, benzo[k] fluoranteno, benzo[j]fluoranteno, Dbenzo[a]pireno, benzo[e]pireno, dibenzo[a,h]antraceno, benzo[g,h,i]perileno, indeno[1,2,3-c,d]pireno, tetraceno, coroneno, coranuleno, pentaceno, trifenileno e ovaleno.

[460] Em uma modalidade, a forma de carbono compreende um produto biochar ou de biocarvão de um processo de carbonização hidrotérmico.

[461] Em uma modalidade, o aditivo fornece os mesmos benefícios proporcionados pelo fosfato de tricresila (TCP) ao sistema de lubrificação. TCP é considerado uma substância cancerígena e um fator na síndrome aerotóxica, e está sendo gradualmente retirado de uso em muitos sistemas de lubrificação.

[462] Em algumas modalidades, o aditivo compreende uma forma "suja" ou mal refinada de óleo mineral com altos níveis de contaminação por PAH. Óleo mineral branco produzido industrialmente inclui níveis muito baixos de PAHs, que devem ser essencialmente completamente removidos a fim de vender o óleo mineral como "USP" ou "grau alimentício". Em uma modalidade, os óleos minerais residuais separados desses processos (com as maiores concentrações de PAHs) são utilizados no seu estado não processado e diretamente como aditivos ou em combinação com outros aditivos. O componente de óleo mineral branco neste produto residual serve como um agente umectante na composição lubrificante e os PAHs servem como um agente de transferência de calor e fonte de carbono grafítico na formação de SGANsS e aglomerados de microesfera contendo SGAN.

[463] Em uma modalidade, o aditivo compreende um compatibilizante. Um compatibilizante, como usado na presente invenção, refere-se a um composto que auxilia na dispersão de uma fonte de carbono em um lubrificante ou composição lubrificante. Em algumas modalidades, o compatibilizante é um anfifílico. Em algumas modalidades, o compatibilizante compreende um tensoativo. Em algumas modalidades, o compatibilizante compreende um lipídio. Em algumas modalidades, o compatibilizante compreende um polímero. Em algumas modalidades, o compatibilizante também serve como uma fonte de carbono.

[464] Em algumas modalidades, o compatibilizante compreende um anfifílico à base de açúcar. Um anfifílico à base de açúcar ou um anfifílico tipo açúcar pode ser qualquer molécula com uma porção de açúcar hidrofílica e uma porção hidrofóbica incluindo, mas sem se limitar, àqueles descritos por Fenimore ("Interfacial Self-assembly of Sugar-based “Amphiphiles: Solid- and Liquid-core Capsules", Universidade de Cincinnati, tese de Ph.D. de 16 de outubro de 2009), Jadhav et al. ("Sugar-Derived Phase- Selective Molecular Gelators as Model Solidifiers for Oil Spills", Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 49, pp. 7695-7698, 2010), Jung et al. ("Self-Assembling Structures of Long- Chain Sugar-Based Amphiphiles Influenced by the Introduction of Double Bonds", Chem. Eur . J., Vol. 11 , pp. 5538-5544, 2005), Paleta et al. ("Novel amphiphilic fluoroalkylated derivatives of xylitol, D-glucose and D-

galactose for medical applications: hemocompatibility and co-remulsifying properties", Carbohydrate Research, Vol. 337, pp. 241 1-2418, 2002), Germaneau ("Amphiphilic Sugar Metal Carbenes: From Fischer Type to N-Heterocyclic Carbenes (NHCs)", Rheinische Friederich-Wilhems-Universitat Bonn Ph.D. thesis, 2007), e Ye et al. ("Synthesis of Sugar- Containing Amphiphiles for Liquid and Supercritical Carbon Dioxide", Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 39, pp. 4564-4566, 2000). Anfifílicos à base de açúcar também podem incluir mas não se limitam a soforolipídios (Zhang et al, "Synthesis and interfacial properties of sophorolipid derivatives", Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, Vol. 240, pp. 75-82, 2004), ou ramnolipídios (Christova et al., "Rhamnolipid Biosurfactants Produced by Renibacterium salmoninarum 27BN During Growth on n- Hexadecane", Zeitschrift fur Naturforschung Teil Cc Biochemie Biophysik Biologie Virologie, Vol. 59, pp. 70-74, 2004).

[465] Em uma modalidade, o compatibilizante compreende um anfifílico promotor de grafeno que não é açúcar. Um anfifílico promotor de grafeno pode ser qualquer molécula com uma porção promotora de grafeno hidrofílica e uma porção hidrofóbica, que pode incluir, mas não se limita a brometo de cetilmetilamônio ou aqueles comercializados por Dow Chemical Company (Midland, Michigan, Estados

Unidos) sob as marcas TRITON" ou TERGITOL"", incluindo, mas sem se limitar à série TRITON" X de etoxilados de octilfenol e à série TERGITOL" NP de etoxilados de nonilfenol. Em algumas modalidades, o anfifílico promotor de grafeno é um anfifílico não iônico. Anfifílicos promotores de grafeno também podem compreender, mas não se limitam ao monoestearato de glicerol e um tensoativo de nonoxifenol.

[466] Em uma modalidade, o compatibilizante compreende polietilenoglicol.

[467] Em uma modalidade, o compatibilizante é usado juntamente com um aditivo particulado. Em uma modalidade, o compatibilizante promove a solubilização do aditivo particulado no lubrificante de base.

[468] Em uma modalidade, o aditivo compreende um óxido metálico, que pode compreender, mas não se limita ao óxido de ferro, óxido de alumínio, óxido de cobre, óxido de níquel, óxido de titânio e óxido de chumbo.

[469] Em uma modalidade, o aditivo compreende uma forma de ferro. Em alguns sistemas lubrificantes, como em muitas turbinas de motor a jato, pouco ou nenhum ferro está inerentemente presente no sistema. Acredita-se, no entanto, que partículas de ferro encapsuladas por carbono formadas in situ, fornecem a capacidade de nanopolimento às composições lubrificantes da invenção. Portanto, em uma modalidade, o fluido lubrificante é suplementado com um aditivo contendo ferro.

[470] Em uma modalidade, o aditivo contendo ferro compreende um óxido de ferro. Em uma modalidade, o óxido de ferro é o pigmento de pó de óxido de ferro BayFerroxO (Lanxess, Colonia, Alemanha). Em uma modalidade, o aditivo contendo ferro compreende um nanopó de óxido de ferro. Em uma modalidade, a fonte de ferro compreende uma molécula complexa de ferro.

[471] Em uma modalidade, o aditivo compreende um composto contendo ferro cíclico incluindo, mas sem se limitar ao (nº-trans-ciclo-octeno) 2Fe (CO) 3; (benzilidenoacetona) ferro tricarbonil, enteroquelina férrica, tricarbonilbis[(1,2-h)-ciclo-octeno]-ferro, monóxido de ferro (4+) ciclo-octano-1,2-di-idocarbono, ferrato de sódio (1-); bis(3-(4,5-di-hidro-4- ((2-hidróxi-5- nitrofenil)azo)-3-metil-5-oxo-lH-pirazol-1-il)benzeno-l- sulfonamidato(2-)) de sódio; ferritina; (ciclo-1,3-CaHsg- S2) Fe (CO) 4; 2,4-dinitrobenzeno-1,3-diol de ferro; ftalocianina de ferro; ferroceno; benzoato férrico; salicilato férrico; ferratos cíclicos; ou succinilato de proteína férrica.

[472] Em uma modalidade, o aditivo compreende um composto contendo ferro acíclico, incluindo, mas sem se limitar a nonacarbonil diferro, pentacarbonil de ferro,

ferratos acíclicos, ferro líquido, oxalato de ferro, óxido de ferro hidratado (Fe(OH);) ou um suplemento nutricional contendo ferro. Em uma modalidade, o suplemento nutricional contendo ferro compreende ferrocarbonila. Em uma modalidade, o complexo contendo ferro é um complexo de catecolato-ferro.

[473] Em uma modalidade, o aditivo compreende um sideróforo, que pode incluir, mas não se limita ao ácido 2,3-di-hidroxibenzoico (2,3'-DHB), N,N',N" (38,78,118S)- 2,6, 10-trioxo-l1,5,9-trioxaciclododecano-3,7,11-tri- il)tris(2,3-di-hidroxibenzamida) (enerobactin) ou ácido 2,4-di-hidroxibenzoico (2,4'-DHB).

[474] Em uma modalidade, o aditivo compreende um anti-helmíntico, incluindo, mas sem se limitar ao 2- desoxipara-herquamida (PHQ).

[475] Em uma modalidade, o aditivo compreende um precursor de aminoácido aromático, incluindo, mas sem se limitar ao ácido (3R,4R) -3- [ (1-carboxivinil)óxi]-4- hidroxicicIo-hexa-l,5-dieno-l-carboxílico (ácido corísmico).

[476] Em uma modalidade, o aditivo compreende uma molécula capaz de sequestrar ferro, que pode incluir, mas sem se limitar ao ácido etilenodiaminotetracético, 2-7 aminofenol (consulte Pulgarin et al., "Iron Oxide-Mediated Degradation, Photodegradation, and Biodegradation of

Aminophenols", Langmuir, Vol. 11 , pp. 519-526, 1995 e Andreozzi et al., "Iron(III) (hydr) oxide-mediated photooxidation of 2-aminophenol in aqueous solution: a kinetic study", Water Research, Vol. 37, pp. 3682-3688 2003) ou tetrafeniloximetaloporfirinas.

[477] Em uma modalidade, o aditivo compreende nanodiamante destinado a servir como o núcleo de nucleação de nanopartículas ou micropartículas incorporando o carbono grafítico formado in situ na composição lubrificante.

[478] A síntese pirolítica ex situ de SGANs e aglomerados contendo SGAN também acomoda o uso de tais moléculas em aplicações não lubrificantes. Em uma modalidade, as partículas ou aglomerados podem ser aplicados à superfície de um material como um revestimento para reforçar o material ou aumentar a proteção térmica ou a absorção de calor do material. Em uma modalidade, o revestimento pode ser um revestimento térmico, um revestimento de broca ou um revestimento resistente à tocha. Em uma modalidade, o material pode ser um projétil balístico, que pode incluir, mas não se limita a balas e mísseis. Em uma modalidade, o material pode ser um dispositivo antibalístico, incluindo, mas sem se limitar a blindagem de um tanque militar ou armadura pessoal, incluindo, mas sem se limitar a coletes ou placas à prova de bala. Em uma modalidade, o material pode ser uma ferramenta, incluindo, mas sem se limitar a uma broca cortante, um dispositivo de tunelamento, um polidor abrasivo, um lixa ou um dispositivo de perfuração. Em uma modalidade, o material pode ser um escudo térmico, como um painel de blindagem térmica de reentrada, um cone protetor de míssil ou um cone de motor de foguete para uma nave espacial. Em uma modalidade, as partículas ou aglomerados podem ser combinados com um material para formar um material composto com maior resistência ou maior proteção térmica ou propriedades de absorção de calor do que o material de base em si. Em algumas modalidades, o material pode ser um pneu, equipamento à prova de fogo ou roupa à prova de fogo.

[479] Em uma modalidade, os SGANsS ou aglomerados contendo SGAN da invenção podem ser usados em sistemas eletroquímicos. Em uma modalidade, os SGANs ou aglomerados contendo SGAN da invenção podem ser usados como nanobaterias para reter uma carga elétrica.

[480] Resultados do teste

[481] Várias composições lubrificantes, incluindo fontes de carbono sacrificial com estruturas esperadas para promover a formação de carbono grafítico sob condições de funcionamento do motor foram testadas em uma série de lambretas ou dirt bikes motorizadas. Estes testes foram conduzidos para testar a eficácia das composições em pequenos motores de combustão interna, motores de um tamanho e configuração tal que melhorias na redução do atrito seriam suficientemente óbvias para um mecânico ou um operador sem empregar um dinamômetro externo para medir as mudanças.

[482] Teste 7

[483] Óleo de motor Valvoline convencional (Ashland Inc., Lexington, Kentucky, Estados Unidos) 10W-40 de uma lambreta Honda Elite 80 (modelo CH80), ano 1999, apresentando mal funcionamento, com 8.850 milhas rodadas (Honda de Mexico, S.A. de C.V., Guadalajara, Jalisco - México) foi trocado com uma composição lubrificante da invenção. Antes da adição da composição lubrificante, o motor da lambreta mal podia manter-se em funcionamento. Quando testada, a lambreta poderia dar a partida, mas logo depois morria. Quando a lambreta funcionou, a velocidade máxima indicada era de cerca de 30 milhas por hora.

[484] A composição lubrificante testada incluiu várias centenas de miligramas de açúcar em pó orgânico do Whole Foods Market (Austin, Texas, Estados Unidos) (sacarose em pó e tapioca) misturada com lubrificante intestinal (óleo mineral USP) da Walgreens (Deerfield, Illinois, Estados Unidos) misturado em óleo de motor semissintético 5100 10W-40 Motul (Aubervilliers, França). A composição lubrificante tinha uma aparência opaca devido à grande presença de açúcar suspenso na solução.

[485] Após adição da composição lubrificante ao motor da lambreta, o motor foi iniciado e, em seguida, foi capaz de manter a velocidade. Imediatamente depois, a lambreta foi levada para um passeio de teste de avaliação de desempenho. Verificou-se que a composição lubrificante quase que instantaneamente aumentou a velocidade máxima da lambreta indicada de 30 para 35 MPH. Também foi observada uma diferença distinta no som do motor, o qual era mais suave e silencioso com o uso da composição lubrificante. Depois do passeio de teste, a composição lubrificante foi drenada do motor quando um cheiro tipo epóxi característico foi notado no óleo. Esperava-se e acredita-se que este odor tipo epóxi característico indique a presença de compostos precursores tipo epóxi no óleo, que se formou a partir da pirólise incompleta de algumas das moléculas de açúcar remanescentes na composição lubrificante.

[486] Teste 8

[487] Outra composição lubrificante testada na mesma lambreta Honda Elite 80 ano 1999 (modelo CH80) (Honda de Mexico, S.A. de C.V., Guadalajara, Jalisco - México) consistia em pacote de serviço individual (um grama) de adoçante de zero caloria Sweet n' Low8 (Cumberland Packing Corp., Brooklyn, Nova Iorque, Estados Unidos) (dextrose, sacarina, creme de tártaro, silicato de cálcio) em alguns mililitros de limpador e desengordurante natural CitraSolvO (Danbury, Connecticut, Estados Unidos) (fonte de d- limoneno), que foi, em seguida, combinado com um óleo de motor convencional ValvolineG (Ashland Inc., Lexington, Kentucky, Estados Unidos) 10W-40.

[488] A lambreta operou da mesma forma com a composição lubrificante contendo sacarina em relação à composição lubrificante contendo açúcar descrita acima. Após o teste, esta composição lubrificante foi drenada da lambreta tendo sido observadas poucas partículas visíveis. O óleo drenado, de outra forma, não apresentou problemas, exceto o cheiro cítrico forte do limpador e desengordurante contendo limoneno.

[489] Teste 9

[490] Ainda outra composição lubrificante foi testada na mesma lambreta Honda Elite 80, ano 1999 (modelo CH80) (Honda de Mexico, S.A, S.A. de C.V., Guadalajara, Jalisco - México) que incluía açúcar em pó orgânico Whole Foods Market (Austin, Texas, Estados Unidos) sacarose e tapioca em pó) misturado com carvão vegetal ativado como um aditivo ao óleo de motor convencional 10W-40 ValvolineO (Ashland Inc., Lexington, Kentucky, Estados Unidos).

[491] De acordo com a folha de dados de segurança do óleo de motor ValvolineG, o óleo tem um ponto de inflamação relatado de 204 “ºC (399,2 *F) e um ponto de ebulição relatado de 299 “ºC (570,2 *F). A temperatura normal de funcionamento da cabeça de cilindro do motor refrigerado a ar foi medida como sendo - 80 ºC (176 ºF).

[492] Durante o teste, a capota do motor foi modificada para bloquear completamente todo o fluxo de ar da ventoinha de arrefecimento para a cabeça do cilindro. Isso significava que, conforme o motor funcionava, O ar ao redor da cabeça de cilindro era aprisionado e começou a aquecer. A elevação de temperatura da cabeça do cilindro foi monitorada por um termômetro por infravermelho com direcionamento a laser Cen-Tech Co sem contato (Zhangzhou Eastern Intelligent Meter Co. Ltd., Zhangzhou, Fujian, China).

[493] O motor funcionou sob esta condição até a cabeça do cilindro atingir uma temperatura medida de cerca de 225 ºC (437 *F). Neste ponto da temperatura, fumaça foi observada irrompendo da válvula de respiro do cárter e observou-se que a capota de plástico ao redor do motor começou a derreter. Ainda nessa condição e nesta temperatura, o motor foi novamente acionado com acelerador totalmente aberto (WOT) e continuou a funcionar sem apreensão. Pouco tempo depois, o motor foi desligado e deixado resfriar. Em seguida, a lambreta foi submetida a um teste de condução por algumas milhas durante o que observou-se que ela funcionou de modo perfeitamente suave sem nenhuma degradação notável no desempenho.

[494] Teste 10

[495] Em ainda outra composição lubrificante, - 200 mL de óleo de caroço de alperce LP (fonte amigdalina de Whole Foods Market foi combinado com - 550 mL de óleo de motor convencional 10W-40 Valvoline6 (Ashland Inc., Lexington, Kentucky, Estados Unidos). Esta composição lubrificante foi colocada em uma lambreta de motor estilo GY6 de deslocamento de 150 centímetros cúbicos de 125 milhas, ano 2011, JIMStar (Shanghai JIMStar Motorcycle co., Ltd., Shanghai, China).

[496] Embora nenhum aumento na velocidade máxima medida indicada da lambreta foi perceptível durante o passeio de teste de avaliação, o motor parecia qualitativamente melhor e mais suave usando a composição de lubrificação do que apenas com o óleo convencional.

[497] Teste 11

[498] Em outra composição lubrificante, várias onças de xarope de cana de açúcar invertido Cane Patch da Roddenberry (Bay Valley Foods, LLC, Green Bay, Wisconsin, Estados Unidos) e - 100 mL de óleo Marvel6O Mistery (fonte de carbono naftênico, Turtle Wax, Inc., Westmont, Illinois, Estados Unidos) foram combinados com óleo de motor convencional Valvoline& 10W-40 (Ashland Inc., Lexington, Kentucky, Estados Unidos). Esta composição lubrificante foi colocada em uma dirt bike motorizada de deslocamento de 125 centímetros cúbicos Dirt Runner (Phoenix, Arizona, Estados Unidos) da Baja Motor Sports.

[499] Antes do teste, a dirt bike funcionava, mas não de modo particularmente bom. Após a composição lubrificante ter sido adicionada ao motor, o mesmo parecia qualitativamente melhor e funcionou de modo mais suave do que com o lubrificante convencional. Na conclusão dos passeios de teste de avaliação de desempenho, o óleo foi drenado do motor da dirt bike e o cheiro tipo epóxi antecipado e característico foi novamente observado, indicando a presença de precursores de resina fenólica/epóxi no lubrificante.

[500] Teste 12

[501] Em outra composição lubrificante, cerca de 50 mL de benzoato de benzila SpectrumO grau USP (Spectrum Chemical Mfg. Corp., New Brunswick, New Jersey, Estados Unidos) foi misturado com 50 mL de óleo de motor verde biodegradável Ultimate 5W-30 G-OilGo (Green Earth Technologies, Celebration, Flórida, Estados Unidos) um óleo de motor à base de sebo convencional. Aproximadamente 100 mL da composição lubrificante foi em seguida adicionado ao óleo de motor existente em uma lambreta de motor estilo GY6 de deslocamento de 150 centímetros cúbicos de 125 milhas, ano 2011, JMStar (Shanghai JIMStar Motorcycle co., Ltd.,

Shanghai, China). Esta composição lubrificante pareceu apresentar, qualitativamente, o melhor desempenho de todas as composições lubrificantes testadas.

[502] Uma mudança significativa no ruído do motor foi observada após a adição da composição lubrificante e a RPM máxima do motor foi posteriormente anotada como tendo aumentado por 1000 RPM, de cerca de 10.000 RPM a 11.000 RPM.

[503] Teste 13

[504] Em outra composição lubrificante, cerca de gotas de óleo de folha de canela orgânico Aura Cacia (Frontier Natural Products Co-Op, Norway, Iowa, Estados Unidos, fonte de cinamato de metila) e cerca de 10 mL de lubrificante intestinal (óleo mineral USP) Walgreens (Deerfield, Illinois, Estados Unidos) foram combinados com - 200 mL de óleo de motor verde biodegradável Ultimate Green 5W-30 G-OilGo (Green Earth Technologies, Celebration, Flórida, Estados Unidos). Esta composição lubrificante foi colocada em uma dirt bike motorizada de deslocamento de 125 centímetros cúbicos Dirt Runner (Phoenix, Arizona, Estados Unidos) da Baja Motor Sports. Esta composição lubrificante apresentou desempenho similar à composição lubrificante anterior, incluindo o benzoato de benzila, no entanto, observou-se um odor pungente tipo canela durante o funcionamento ainda foi observado.

[505] Teste 14

[506] Em outra composição lubrificante, cerca de 100 mL de uma mistura de benzoato de benzila SpectrumO grau USP (Spectrum Chemical Manufacturing Corp., New Brunswick New Jersey, Estados Unidos), lubrificante intestinal (óleo mineral USP) Walgreens (Deerfield, Illinois, Estados Unidos) e condicionador de fluido de transmissão automática Lucas (Lucas Oil Products, Inc., Corona, Califórnia, Estados Unidos, fonte antioxidante) foi adicionado ao lubrificante de base do motor de uma lambreta de 50 cc nova, ano 2011 (2 milhas), modelo GMW-M2 (Taizhou Zhongneng Motorcycle Company, Ltd., Taizhou, China) com um sistema de exaustão e transmissão modificada. Observou-se um aumento quase instantâneo da potência do motor e da velocidade máxima da lambreta, de 33 para 39 MPH, indicado um aumento de 18%.

[507] Teste 15

[508] Em outra composição lubrificante, uma formulação compreendendo três quartos de um óleo de motor de motocicleta sintético de alto grau contendo ZDDP misturado com cerca de um quarto de uma mistura compreendendo a fórmula original do óleo Marvel Mistery, Turtle Wax, Inc., Westmont, Illinois, Estados Unidos), estabilizante de óleo sintético Lucas (Lucas Oil Products Inc., Corona, Califórnia, Estados Unidos), condicionador de fluido de transmissão automática Lucas (Lucas Oil Products, Inc., Corona, Califórnia, Estados Unidos) e zMAXO (Oil-Chem Research Corporation, Bedford Park, Illinois, Estados Unidos), em uma razão de volume de cerca de 60:17:70:30, foi usado para substituir o óleo de motor existente em uma motocicleta de teste Yamaha R1, ano 1999 (Yamaha Motor Co., Ltd., Iwata, Japão) com um motor de 1000 cc. O teste de desempenho do motor com esta formulação foi realizado utilizando um dinamômetro Dynojet 250i (Dynojet Research Inc., Las Vegas, Nevada, Estados Unidos) para medir a potência e a saída de torque na roda traseira da motocicleta de teste, 10 minutos após a troca de óleo e novamente uma semana depois da troca de óleo. Um resumo dos resultados dos testes de dinamômetro para estas duas operações de teste é mostrado na Tabela 2(a) e na Tabela 2(b):

[509] Tabela 2(a): Resultados do teste de dinamômetro - saída máxima

[510] Tabela 2(b): Resultados do teste com dinamômetro - maior aumento medido

[511] Como pode ser observado na Tabela 2, um aumento de saída de cerca de 1 CV e cerca 1 ft-lb de torque são observados no teste de 10 minutos em comparação com a potência e torque medidos anteriormente na motocicleta usando outro óleo de motor de motocicleta de alta qualidade comercialmente disponível. O efeito da nova composição de lubrificação foi ainda mais acentuado após 7 dias de uso. No teste de 1 semana subsequente, observou-se um aumento extra na potência e saída de torque registrados de 3% a 4% em relação aos valores do teste de 10 minutos. Especificamente, a potência registrada aumentou de cerca de 3 a 5 HP em todo o intervalo de velocidades do motor testado (4500 RPM a cerca de 11.000 RPM). Conforme observado na Tabela 2(b), uma potência de saída de 102,96 foi medida a 7500 RPM durante o teste de 10 minutos em comparação com uma potência de saída de 107,90 medida a 7500 RPM durante o teste de 1 semana subsequente. O torque máximo aumentou de cerca de 74,04 para cerca de 75,3 ft-lb do teste de 10 minutos em relação ao teste de 1 semana.

[512] Teste 16

[513] Em outra composição lubrificante, cerca de três a cerca de quatro onças de uma mistura de óleo Marvel Mistery (fórmula original, Turtle Wax, Inc., MWestmont, Illinois, Estados Unidos), estabilizante de óleo sintético Lucas (Lucas Oil Products, Inc., Corona, Califórnia, Estados Unidos), condicionador de fluido de transmissão automática Lucas (Lucas Oil Products, Inc., Corona,

Califórnia, Estados Unidos), microlubrificante zMAXO (Oil- Chem Research Corporation, Bedford Park, Illinois, Estados Unidos), foram combinados com Air Tool Oil Marvel (Turtle Wax, Inc., Westmont, Illinois, Estados Unidos), em uma razão de volume de cerca de 12:3:14:10:9 e, em seguida, adicionado ao lubrificante de motor existente em um automóvel de teste Audi A4 2.0 litros Turbo, ano 2006 (Audi AG, Ingolstadt, Alemanha), fornecendo resultados de economia de combustível e desempenho fenomenais. Este pacote aditivo, bem como formulações de concentrado de aditivo semelhantes, pode ser adicionado diretamente ao óleo do motor já em um veículo para melhorar o desempenho do motor sem a necessidade de substituir o óleo de motor existente.

[514] Teste 17

[515] Em ainda outra composição lubrificante, um pacote aditivo concentrado, não tencionado a influenciar o desempenho de qualquer óleo de motor de base existente ou seus aditivos foi realizado usando-se cerca de um quarto de uma mistura de óleo Marvel Mistery (fórmula original Turtle Wax, Inc., Westmont, Illinois, Estados Unidos), estabilizante de óleo sintético Lucas (Lucas Oil Products, Inc., Corona, Califórnia, Estados Unidos), condicionador de fluido de transmissão automática Lucas (Lucas Oil Products, Inc., Corona, Califórnia, Estados Unidos) e Air Tool Oil

Marvel (Turtle Wax, Inc., Westmont, Illinois, Estados Unidos), em uma razão em volume de cerca de 12:3:14:16.

[516] Este pacote aditivo concentrado foi adicionado a um óleo de motor sintético sem ZDDP de alta qualidade e introduzido em um automóvel de teste Audi A4

2.0 litros Turbo, ano 2006 (Audi AG, Ingolstadt, Alemanha), fornecendo “resultados de economia de combustível e desempenho fenomenais. Este pacote aditivo, bem como formulações de concentrado de aditivo semelhantes, pode ser adicionado diretamente ao óleo do motor já em um veículo para melhorar o desempenho do motor sem a necessidade de substituir o óleo de motor existente.

[517] Observações Experimentais da Composição Lubrificante para os Testes 16 e 17

[518] Posteriormente, os componentes do motor metálicos do automóvel de teste Audi A4 (Audi AG, Ingolstadt, Alemanha) foram removidos e submetidos a análises científicas não destrutivas. Neste caso, um seguidor de came de aço usinado e um anel de retenção de seguidor de came foram retirados do automóvel de teste depois de 150.000 milhas de uso com várias encarnações da composição lubrificante. De acordo com o fabricante, estas peças são feitas de aço inoxidável. Os resultados dessas análises encontram-se abaixo.

[519] A primeira das análises científicas dos componentes do motor foi uma análise de rugosidade da superfície usando um interferômetro de perfil de superfície óptico de luz branca Newview" 7300 (Zygoo Corporation, Middlefield, Connecticut, Estados Unidos). As superfícies de atrito e de não atrito do seguidor de came removido foram avaliadas e comparadas usando o interferômetro. A média aritmética (Ra), pico-vale (PV), e raiz quadrada da média (RMS) da rugosidade da superfície média foram determinados. Os resultados e as conclusões estão resumidos na Figura 20, na Figura 21 e na Tabela 3.

[520] Tabela 3: Resultados do Perfilamento da Superfície Óptica desgastado

[521] Como pode ser observado, uma melhoria de quase duas ordem de grandeza da lisura da superfície foi obtida usando as formulações da presente invenção. A rugosidade da superfície média (RJ) foi reduzida de um valor inicial mínimo de pelo menos Ra = 221,6 nm até um valor final medido de Ra = 3,44 nm.

[522] A Figura 20 mostra que a superfície não desgastada, que não fez contato estreito repetido com as paredes da cabeça do cilindro durante o funcionamento do automóvel, foi medida para ter um valor Ra. de 221,6 nm, que é típico para uma parte do motor em um automóvel de alta qualidade (tolerâncias de R. do seguidor de came do automóvel médias = 300 a 400 nm). A representação gráfica no quadrante esquerdo inferior da Figura 20 mostra o que pode ser considerado uma estimativa das medições de rugosidade da superfície inicial aproximada para a seção do seguidor de came avaliada, em outras palavras, sua condição relativa estimada após montagem no motor do automóvel de teste.

[523] A Figura 21, no entanto, mostra que a superfície de desgaste, que estava em contato de atrito constante com as paredes da cabeça do cilindro durante o funcionamento do motor, foi medida como tendo um valor de Ra de 3,44 nm, quase duas ordens de magnitude menor do que a rugosidade da superfície não desgastada medida, que indica o estado original aproximado e estimado o seguidor de came no momento da fabricação e montagem do motor. As asperezas de usinagem originais observadas na Figura 20 são orientadas perpendicularmente às asperezas observadas na Figura 21, indicando que as asperezas de usinagem originais na superfície de desgaste foram completamente removidas em um ponto no processo de polimento.

[524] Estes dados indicam que a superfície de desgaste do seguidor de came foram superpolidas durante o funcionamento do motor. Embora o superpolimento das superfícies de materiais, como sílica fundida, silício e carboneto de silício até um valor de rugosidade da superfície Ra. de 0,4 nm seja possível sob circunstâncias de laboratório altamente controladas, as superfícies de metal polido normalmente têm um valor Ra muito mais alto, na faixa de centenas de nanômetros. Liu et al. (SIMTech Technical Reports, Vol. 8, no. 3, pp. 142-148, Jul-Set. 2007) relatam um processo de superpolimento em duas etapas capaz de produzir (sob condições de laboratório) uma inserção de molde de lente de aço inoxidável com um valor de rugosidade da superfície Ra de 8,5 nm.

[525] Uma vez que duas peças de metal em contato não são capazes de produzir superfícies com a lisura observada na Figura 21 sem um agente de polimento, a superfície de desgaste do seguidor de came foi adicionalmente testada para tentar determinar o agente de polimento na composição lubrificante capaz de produzir uma superfície tão lisa quanto a superfície obtida no teste da invenção. Espera-se que a superfície de desgaste de um seguidor de came seja tipicamente feita de aço com a superfície endurecida, e que os agentes de polimento de nanopartícula, um dos quais é referenciado neste documento como SGAN, que é capaz de polir uma superfície, seja mais duro do que a superfície sendo polida. A topologia de superfície bidimensional da superfície de desgaste na

Figura 21 mostra uma variedade de características circulares na faixa de tamanho de um ou dois nanômetros de diâmetro, que está na escala do tamanho esperado do SGAN ou outras nanopartículas abrasivas que seriam necessárias para se atingir tal baixo valor da rugosidade da superfície Ra.

[526] A superfície não desgastada de um anel de retenção do seguidor de came foi estudada usando um XL 30 ESEM-FEG da série XL da Philips (FEI"”" Company, Hillsboro Oregon, Estados Unidos), usando o software EDAXGO Genesis" versão 4.61 (AMATEKO Inc., Mahwah, New Jersey, Estados Unidos) e uma plataforma de formação de imagem de escândio. As imagens de microscópio eletrônico resultantes das superfícies do anel de retenção são mostradas nas Figuras 22 a 41. A análise elementar em anexo da espectroscopia de raios-x por dispersão em energia (EDS) para as quatro superfícies indicou apenas carbono, oxigênio e ferro, em porcentagens em peso (% em peso) e atômicas (% AL) mostradas na Tabela 4(a) para as áreas nas caixas-pretas amostradas nas Figuras 22 a 25, respectivamente, exceto para a Figura 22, que revelou vestígios (< 1%) de potássio e de cromo. As imagens mostram estruturas esferoides na superfície não desgastada com diâmetros na faixa de - 2 a 3 mícrons.

[527] Tabela 4(a): Dados da Análise Elementar Preliminar

Área C (% em | O (% em |Fe (% em|C (% At) [O (% At) |Fe (% At) Amostrada peso) peso) peso) | Figura 24 | 84,89 | 11,18 | 3,93 | 90,19 | 8,92 | 0,90 |

[528] As Figuras 26 a 37 mostram imagens SEM adicionais da superfície do anel de retenção de seguidor de came. Nas Figuras 29 a 37, a escala de comprimento "Mm" nas figuras é, na verdade, em micrômetros. Durante o processo de lubrificação, estas estruturas maiores são quebradas em nanoestruturas menores.

[529] Uma vez que as áreas amostradas das Figuras 22 a 25 mostraram razões variadas de carbono, oxigênio e ferro, experimentos subsequentes foram realizados para diferentes áreas de amostra da mesma estrutura para determinar se as estruturas eram homogêneas. As Figuras 38A a C, Figuras 39 A a G e Figuras 40A a C mostram as estruturas com as áreas nas caixas pretas sendo as áreas amostradas.

[530] Tabela 4(b): Dados da Análise Elementar do Primeiro Esferoide Área C (&% emo (% em| Fe (% |c (8 At)] O (% Fe (% Amostrada peso) peso) em At) At) peso) Figura 38A| 73,41 | 11,36 | 15,23 | 86,15 | 10,01 Figura 38B) 76,91 | 12,12 | 10,97 | 87,03 | 10,30 Figura 38C] 37,57 56,87 | 69,60 22,66

[531] As Figuras 38A, 38B e 38C mostram três diferentes áreas amostradas de um único grande esferoide, que possui - 2 mícrons de diâmetro. Como mostrado na Tabela

4(b), apenas carbono, oxigênio e ferro foram detectados. Na Figura 38A, uma média da maior parte da superfície foi tomada, enquanto que na Figura 38B, uma porção menor da superfície foi amostrada com resultados semelhantes. Finalmente, uma pequena protrusão estendendo-se desde o fundo do esferoide foi amostrada conforme indicado na Figura 38C. Esta pequena protrusão tem quase dez vezes a quantidade de ferro que as outras duas áreas amostradas.

[532] Tabela 4(c): Dados da Análise Elementar das Estruturas Cristalinas Área C(&emjo (% em| Ca (% | Fe ($ | C (% o (% Ca (% | Fe (% amostrada| peso) peso) em em At) At) At) At) peso) peso) Figura 62,25 26,50 8,62 1,17 12,83 23,28 3,02 0,30 39A Figura 68,72 20,30 1,74 78,81 17,48 2,34 0,43 39B Figura | 52,37 5,33 1,91 | 38,83 | 79,56 6,08 0,87 12,69 39C Figura | 83,38 | 8,94 3,94 0,74 | 90,19 | 7,26 1,28 0,17 39D Figura 81,26 5,92 1,92 ND 90,55 4,95 2,65 ND 39E Figura 75,62 8,54 10,89 1,75 87,17 7,39 3,76 0,43 39F Figura | 84,67 8,96 3,62 1,07 | 90,77 7,21 0,25 39G 5,51 89,87

[533] As Figuras 39A, 39B, 39C, 39D, 39E, 39F e 39G mostram sete diferentes áreas amostradas de uma grande estrutura cristalina irregular que é maior que 13 mícrons de largura. Como mostrado na Tabela 4(c), carbono, oxigênio, cálcio e ferro foram detectados em todas as amostras, exceto na Figura 39E, que não possuía ferro. Além disso, cloro foi detectado em cada uma destas amostras em uma quantidade para completar os totais até 100%. A razão de cálcio para cloro variou de cerca de 1:1 a cerca de 6:1. Dentro desta faixa, as razões de cálcio para cloro de cerca de 1,5:1, cerca de 2:1 e cerca de 3:1 também foram observadas. A quantidade de ferro detectada foi bem pequena em comparação com a da série da Figura 38, exceto por 12,69% At para a área amostrada da Figura 39C.

[534] Tabela 4(d): Dados da Análise Elementar do Segundo Esferoide Jamostrada peso) peso) peso

[535] As Figuras 40A, 40B e 40C mostram três diferentes áreas amostradas de um único esferoide menor que possui - 1,3 mícron de diâmetro. Como mostrado na Tabela 4(d), apenas carbono, oxigênio e ferro foram detectados. Conforme mostrado na Figura 40A, o esferoide foi amostrado no meio com resultados semelhantes aos da área amostrada da Figura 38A, embora o teor de ferro fosse maior e o teor de oxigênio menor. Conforme mostrado na Figura 40B, o esferoide foi amostrado na borda direita superior com um teor de ferro quase cinco vezes maior do que a área mostrada na Figura 40A, semelhante ao que foi observado para a área na Figura 38C. Finalmente, como mostrado na Figura 40C, o esferoide foi amostrado na borda esquerda com um teor de ferro quase duas vezes maior em relação à área da Figura 40A, porém muito menor do que a área da Figura 40B.

[536] Finalmente, a Figura 41 mostra uma grande área amostrada de uma estrutura cristalina grande, com formato rômbico, com entre 4 e 5 mícrons de largura. Como mostrado na Tabela 4(c), apenas carbono, oxigênio e ferro foram detectados. As razões foram semelhantes às das áreas com baixo teor de ferro dos esferoides, exceto que o teor de ferro era ainda menor neste caso.

[537] Posteriormente, hexano foi adicionado a uma amostra da composição lubrificante usada. A mistura foi centrifugada e uma fração de sedimento e uma fração fluida da mistura centrifugada foram testadas com espectrometria de massa iônica secundária (SIMS) por tempo de voo (TOF) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM) com um TEM FEI” CM20 com o software EDAXO Genesis". Embora estes testes não identificaram qualquer estrutura particular na composição lubrificante, curiosamente, nenhum ferro mensurável foi detectado na fração do sedimento ou na fração líquida do óleo. Somente carbono, oxigênio e, em alguns casos, zinco, cálcio ou cromo foram detectados na amostra. A partir destes testes, conforme evidenciado pela falta de ferro, ficou claro que as características observadas por SEM nas superfícies do anel de retenção de seguidor de came não estão presentes em níveis detectáveis no fluido em si.

[538] Uma amostra do material na superfície do seguidor de came foi obtida por observação por TEM, esfregando suavemente a grade de malha TEM sobre as superfícies do seguidor de came e, em seguida, visualizando as características da grade com TEM.

Imagens representativas das características observadas são mostradas nas Figuras 42 a 49B, revelando uma variedade de diferentes morfologias e estruturas.

As imagens confirmam a presença de folhas de óxido de grafeno ou grafeno, nanotubos de carbono, nanoesferoides de carbono, nanocebolas de carbono e outras estruturas de fulereno e precursores.

Acredita-se que as áreas escuras nas imagens representam as altas concentrações de ferro, com base na análise elementar.

Sabe-se que o grafeno encapsula partículas de ferro (consulte, por exemplo, Cao et al., "Synthesis and characterization of graphene encapsulated iron nanoparticles", Nanoscience, vol. 12, no. 1, pp. 35- 39, 2007). A Figura 42 mostra uma morfologia de folha relativamente plana na parte inferior da imagem e uma folha mais amassada na parte superior da imagem.

Estruturas esferoides menores na faixa de - 5 nm a - 50 nm de diâmetro também são visíveis na imagem.

A Figura 43 mostra principalmente, uma morfologia de folha moderadamente amassada com estruturas nanotubulares próximas das dobras das folhas.

[539] A Figura 44 mostra uma maior ampliação de uma área com morfologia semelhante à da Figura 43. Na Figura 44, morfologias esferoides, tubulares e de folhas são visíveis. A Figura 45 mostra algumas estruturas tubulares tortuosas em grande ampliação. A Figura 46 mostra uma massa globular escura com uma morfologia indistinta bem ampliada, que pode ser uma agregação de SGANs com base no interior escuro da estrutura. A Figura 47 mostra uma grande estrutura de nanotubo de carbono. A Figura 48 mostra duas estruturas de nanocebola de carbono. Finalmente, as Figuras 49A e 49B mostram uma massa de aparência cristalina com morfologias tubular e esferoide, mas sem morfologia de folha evidente.

[540] Por conseguinte, deve ser compreendido que as modalidades da invenção aqui descrita são meramente ilustrativas da aplicação dos princípios da invenção. Referência neste documento aos detalhes das modalidades ilustradas não se destina a limitar o limite do escopo das reivindicações, que em si citam aquelas características consideradas essenciais para a invenção.

Claims (10)

REIVINDICAÇÕES

1. Método de síntese de grafeno caracterizado pelo fato de compreender: a) submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente e pelo menos um material carbonáceo promotor da formação de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos em condições que inibem a combustão completa do material carbonáceo; b) em seguida, coletar vapores produzidos pelo refluxo da mistura de reação; c) direcionar os vapores para um substrato, depois do que o grafeno é depositado sobre a superfície do substrato; e d) recuperar grafeno da superfície do substrato.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente compreende óleo mineral, água, um álcool, metanol, metanol sintético, etanol, isopropanol ou combinações dos mesmos.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mistura reacional compreende pelo menos uma fonte de carbono suplementar compreendendo grafite natural, grafite sintético, um ou mais hidrocarbonetos aromáticos Ppolicíclicos, grafeno, carvão ativado, nanocarvão, "nanocarvão ativado", biochar, resíduo carbônico de açúcar, fleuma de carvão, um ou mais benzenoides, naftaleno, um álcool, metanol, metanol sintético, etanol, isopropanol, açúcar, sacarose, um amido, celulose, uma olefina, um acetato, um ou mais hidrocarbonetos nanografíticos, um alcano, um alqueno, um alquino, uma cetona, tolueno, gasolina, combustível diesel, querosene, carvão, alcatrão de carvão, coque ou combinações dos mesmos.

4, Método de produção de óxido de grafeno caracterizado pelo fato de compreender: a) submeter a refluxo uma mistura reacional que compreende pelo menos um solvente, pelo menos um oxidante e pelo menos um composto promotor da formação de hidrocarboneto aromático policíclico sob condições para evitar a combustão completa da fonte de carbono em dióxido de carbono ou monóxido de carbono; b) coletar, posteriormente, um fluxo de vapor produzido pelo refluxo da mistura reacional; c) posteriormente direcionar o fluxo de vapor para um substrato, depois do que o grafeno é depositado sobre a superfície do substrato; e d) recuperar óxido de grafeno da superfície do substrato, em que as condições compreendem pirólise.

5. Composição lubrificante para um sistema mecânico caracterizada pelo fato de compreender: um lubrificante de base; e uma ou mais nanopartículas abrasivas com superfície grafitizada compreendendo pelo menos um heteroátomo envelopado por uma camada externa compreendendo substancialmente, carbono.

6. Composição lubrificante, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma nanopartícula abrasiva com superfície grafitizada compreendendo pelo menos um heteroátomo envelopado por uma camada externa compreendendo substancialmente carbono é formada de pelo menos um aditivo contendo carbono para o lubrificante de base quando a composição lubrificante é exposta a calor suficiente para criar localmente condições pirolíticas no sistema no qual ela é utilizada.

7. Método de lubrificação de um sistema mecânico compreendendo pelo menos uma superfície de atrito interna com asperezas caracterizado pelo fato de compreender: operar o sistema mecânico com uma composição lubrificante que compreende um agente de nanopolimento e remover substancialmente todas as asperezas de uma superfície de atrito interna do sistema mecânico, em que a composição lubrificante compreende um lubrificante de base e pelo menos um aditivo contendo carbono que forma pelo menos um agente de nanopolimento quando a composição lubrificante é exposta a condições localmente pirolíticas no sistema mecânico no qual ela é utilizada.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o aditivo contendo carbono compreende uma molécula cíclica ou uma molécula aromática.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o aditivo contendo carbono compreende um hidrocarboneto.

10. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o Ra de ao menos uma superfície de atrito interna após o polimento pelo agente de nanopolimento é menor que cerca de 50 nm.