Estão abertas as inscrições do concurso para professor do Departamento de Física Aplicada da Universidade de São Paulo (USP) na área “Estrutura de Líquidos e Sólidos: Cristalografia”.
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Author: Verónica Savignano
Boletim SBPMat – edição 6 – fevereiro 2013.
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XII Encontro da SBPMat: simpósios e calendário do evento. Submissões e inscrições abertas.
O Encontro da SBPMat deste ano, que será realizado em Campos do Jordão (SP), de 29 de setembro a 3 de outubro, contará com 16 simpósios.
Seguem os nomes dos simpósios e o calendário de submissão de trabalhos para os simpósios. A submissão de trabalhos e as inscrições já estão abertas!
Simpósios do XII Encontro da SBPMat
- Symposium A. Sol-gel materials: from fundamentals to advanced applications.
- Symposium B. Inorganic thin films methods and applications.
- Symposium C. Synthesis and properties of nanometric materials.
- Symposium D. Materials and devices for renewable energy, sustainability and environmental protection.
- Symposium E. Structure-properties relationship of advanced metallic materials.
- Symposium F. Organic electronics and hybrids: materials and devices.
- Symposium G. Molecular modeling materials science.
- Symposium H. New trends in biomaterials and nanomaterials applied to biosystems.
- Symposium I: Biohybrids and biomaterials.
- Symposium J: Damage inspection – techniques and applications.
- Symposium K: X-ray tomography and radiography imaging.
- Symposium L: Surface characterization: techniques and applications.
- Symposium M: Electron microscopy: from micro to nanoanalysis.
- Symposium N: Materials education symposium.
- Symposium O: Science, engineering, and commercialization of next generation of industrial, electronic and biomedical devices.
- Symposium P: Advanced materials – poster session.
Datas
Data inicial de submissão: 01/03/2013
Data final de submissão: 20/05/2013
Divulgação dos aceites: 24/06/2013
Mais informações: http://sbpmat.org.br/12encontro/.
Entrevista sobre materiais biomiméticos com o engenheiro e cientista de Materiais brasileiro André Studart.
Ossos, dentes e conchas marinhas podem ser considerados exemplos de materiais complexos desenvolvidos pela natureza e seu principal parceiro, o tempo. Como resultado de muitíssimos anos de evolução, materiais como esses apresentam propriedades de grande interesse para o ser humano, mas o desenvolvimento de rotas artificiais de fabricação para chegar a essas propriedades vem colocando grandes desafios aos cientistas.
O Grupo de Materiais Complexos do ETH (Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, Suíça), fundado pelo brasileiro André Studart, de 38 anos, está dedicado a esse tipo de desafios. Studart se formou em 1997 em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), onde também realizou seu doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais, sob orientação do professor Victor Pandolfelli, desenvolvendo uma pesquisa sobre métodos de processamento de concretos refratários e cerâmicas avançadas próximas do formato final desejado. Durante o doutorado, teve sua primeira experiência como pesquisador na Suíça, no ETH, com uma bolsa de doutorado-sanduíche. A ETH é conhecida, especialmente, por contar com 21 ganhadores de prêmios Nobel entre seus ex-alunos, ex-professores e professores, como o próprio Albert Einstein.
Logo após defender o doutorado na UFSCar, Studart voltou ao ETH, onde ficou por cinco anos trabalhando no grupo de materiais inorgânicos não metálicos. Da Suíça foi para os Estados Unidos fazer um pós-doutorado na Universidade de Harvard. Ali estudou materiais inorgânicos porosos obtidos usando técnicas de microfluidos. No início de 2009, Studart retornou novamente ao ETH para ser professor assistente e fundou o Laboratório de Materiais Complexos, que lidera até hoje. O grupo reúne jovens de cinco nacionalidades diferentes – uma mistura interessante não apenas para a pesquisa, mas também para os eventos sociais que a equipe realiza, como a picanha invertida e a competição de tortas multifuncionais e complexas.
A seguir, uma breve entrevista com Studart sobre materiais complexos e biomimética, a imitação do mundo biológico por parte do ser humano.
Boletim da SBPMat (B.S.): – Qual a relação entre materiais complexos e biomimética? Seu grupo de pesquisa estuda materiais complexos biomiméticos?
André Studart (A.S.): – O termo “materiais complexos” é bem amplo. Eu diria que os materiais biológicos e os biomiméticos exibem estruturas bastante complexas em escala nano e micrométrica, e por isso podem ser considerados materiais complexos. Mas esse termo pode também ser utilizado para descrever muitos outros tipos de materiais sintéticos ou naturais, incluindo, por exemplo, as emulsões e espumas que estudamos no grupo. Portanto, a nossa pesquisa é centrada em alguns tipos de materiais complexos, dentre os quais se incluem os materiais biomiméticos.
B.S.: – Como ocorre, na prática do grupo de pesquisa, a inspiração na Natureza?
A.S.: – A inspiração acontece buscando na literatura exemplos de materiais biológicos que apresentam propriedades especiais que normalmente são difíceis de se obter com materiais sintéticos. Essa literatura inclui tanto artigos antigos escritos por zoólogos interessados principalmente em evolução como também trabalhos mais recentes de pesquisadores de varias áreas que buscam extrair princípios de design dos materiais biológicos utilizando técnicas mais avançadas para sua caracterização.
B.S.: – Comente um pouco sobre a evolução mundial da pesquisa em materiais complexos biomiméticos.
A.S.: – A pesquisa em materiais biomiméticos começou com alguns trabalhos nos anos 80, em que a estrutura de conchas marinhas começou a ser investigada por uns poucos pesquisadores sob a perspectiva da ciência de Materiais (não da zoologia), com o objetivo de entender o seu design e possivelmente utilizá-lo em materiais artificiais. Na verdade, a maior parte desses pesquisadores não tinham esse tópico como foco principal da pesquisa, mas o estudavam motivados puramente pela curiosidade cientifica. Com o passar dos anos, percebeu-se que os materiais biológicos são exemplos muito ricos de como se pode “engenheirar” a microestrutura de materiais para resolver problemas mecânicos desafiadores impostos pelo meio ambiente, e isso desencadeou o forte interesse nessa área dos últimos anos. Atualmente, é até difícil acompanhar todos os avanços, tamanha a quantidade de artigos no assunto. Tem-se avançado muito na área de caracterização de materiais biológicos com técnicas elaboradas, como tomografia in situ de materiais sob tensão mecânica, mapeamento com espectroscopia Raman, entre várias outras.
B.S.: – Na sua opinião, quais são os próximos desafios da pesquisa e desenvolvimento em materiais complexos biomiméticos?
A.S.: – No meu ponto de vista, o grande desafio atualmente é desenvolver técnicas sintéticas de processamento para possibilitar a fabricação de fato de materiais que reproduzam alguns desses princípios de design já encontrados em materiais biológicos. A natureza fabrica esses materiais utilizando processos biológicos muito complexos coordenados pelas células, como a biomineralização. Apesar do grande interesse e avanços em pesquisas que estudam o processo de biomineralização, acredito que o desenvolvimento de técnicas artificiais terá um impacto mais rápido na área. Esse é o foco atual da pesquisa no nosso grupo.
B.S.: – Conte um pouco sobre como você começou a pesquisar materiais complexos e biomiméticos após vários anos estudando cerâmicas avançadas.
A.S.: – O interesse em materiais biomiméticos começou ainda no doutorado quando me deparei com esses trabalhos muito interessantes sobre as conchas marinhas. Naquela época, o foco da minha pesquisa eram as cerâmicas refratárias com altas propriedades mecânicas. Apesar de não serem refratárias, conchas contêm em torno de 95% de carbonato de cálcio, e por isso podem ser consideradas um material cerâmico com microestrutura muito rica e elaborada. Não cheguei a utilizar esse conceito nas cerâmicas refratárias. A oportunidade só apareceu no final do meu primeiro pós-doc em Zurique, junto com um aluno de doutorado que se interessou em tentar obter estruturas com a organização em lamelas da concha. Vi então os enormes desafios encontrados quando se tenta replicar essa estrutura artificialmente e percebi que o meu conhecimento em processamento de pós cerâmicos poderia ser de grande utilidade para abordar esses desafios. Então, isso se tornou a parte central da minha pesquisa quando tive a oportunidade de iniciar o meu próprio grupo independente.
B.S.: – Há grupos no Brasil estudando esses temas?
A.S.: – Acredito que alguns grupos tenham começado a explorar essa área no Brasil, com foco em materiais orgânicos supramoleculares. A expectativa é de que em breve o tópico terá um impulso importante no país. A ideia é que um dos primeiros alunos de doutorado do meu grupo estabeleça um laboratório nessa área no estado de São Paulo ainda neste ano.
Para saber mais.
Artigos científicos do grupo selecionados por André Studart para os interessados em materiais complexos biomiméticos:
– Studart, A. R., Towards High-Performance Bioinspired Composites. Advanced Materials 2012, 24, (37), 5024-5044.
– Libanori, R.; Erb, R. M.; Reiser, A.; Le Ferrand, H.; Süess, M. J.; Spolenak, R.; Studart, A. R., Stretchable heterogeneous composites with extreme mechanical gradients. Nature Communications 2012, 3, 1265.
– Erb, R. M.; Libanori, R.; Rothfuchs, N.; Studart, A. R., Composites Reinforced in Three Dimensions by Using Low Magnetic Fields. Science 2012, 335, (6065), 199-204.
Artigo científico em destaque: variações no diâmetro de nanofios e o papel das instabilidades no crescimento.
O artigo científico de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:
D. S. Oliveira, L.H.G. Tizei, D. Ugarte, M. A. Cotta. Spontaneous Periodic Diameter Oscillations in InP Nanowires: The Role of Interface Instabilities. Nano Letters, 2013, 13 (1), pp 9–13. DOI: 10.1021/nl302891b.
Texto de divulgação:
Nanofios semicondutores com variações periódicas de diâmetro: instabilidades no crescimento dos nanofios.
Ao produzir nanofios do composto semicondutor fosfeto de índio (InP), pesquisadores do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp observaram no microscópio eletrônico de varredura uma particularidade interessante. Um dos grupos de nanofios exibia marcadas variações de seu habitual formato cônico, apresentando partes mais grossas, tipo pneuzinhos, periodicamente ao longo do nanofio.
As variações no diâmetro apareciam em quase 80% dos nanofios de cinco nanometros de diâmetro no ápice, os mais finos, e eram muito mais visíveis perto do topo do nanofio do que na base dele. As variações tinham se gerado de maneira espontânea, mas os pesquisadores tinham mantido constantes os parâmetros de produção durante todo o processo. Por que, então, essas variações morfológicas? Os cientistas tinham pela frente o desafio de elucidar os detalhes da cinética de crescimento dos nanofios. O modelo desenvolvido por eles seria publicado, em janeiro deste ano, no periódico Nano Letters.
O crescimento dos nanofios de fosfeto de índio
Para compreender a explicação desenvolvida pelos pesquisadores brasileiros sobre a origem dessas oscilações periódicas de diâmetro, é necessário entender o processo de produção dos nanofios.
Dentre as diferentes formas de produzir um nanofio, a mais popular atualmente utiliza o mecanismo de crescimento “vapor-líquido-sólido”, conhecido pela sigla VLS. No VLS, uma pequena partícula catalisadora é depositada em um substrato dentro de uma câmera de crescimento, na qual se introduz vapor do material que vai compor o nanofio.
Na pesquisa do artigo da Nano Letters, os pesquisadores utilizaram uma nanopartícula de ouro como catalisador, um substrato de arseneto arseneto de gálio (GaAs) e uma câmera de crescimento epitaxial por feixe químico (CBE). Como o intuito era fazer nanofios de fosfeto de índio, usaram, como vapor, fosfina (PH3) e trimetil-índio (TMI), que são os precursores do índio e do fósforo para o crescimento.
Seguindo o percurso normal do processo VLS, o vapor foi absorvido pela nanopartícula de ouro mais rapidamente do que pelo substrato. Dessa maneira, a nanopartícula ficou supersaturada de índio e fósforo, possibilitando a seguinte etapa do processo, a nucleação. Assim, um núcleo sólido de fosfeto de índio se formou entre a nanopartícula de ouro, que estava em fase líquida, e o substrato. Esse núcleo se propagou e formou uma monocamada de fosfeto de índio. Com sucessivas nucleações, novas monocamadas se formaram uma em cima da outra, gerando um nanofio cada vez mais comprido. A nanopartícula catalisadora, como em todo processo VLS, ficou no topo do nanofio.
O modelo da cinética de crescimento dos nanofios
A pesquisa abordada no artigo da Nano Letters foi realizada no contexto do mestrado do aluno Douglas Soares de Oliveira, realizado no IFGW – Unicamp e orientado pela professora Mônica Cotta. Douglas está agora fazendo o doutorado com a mesma orientadora, ainda em nanofios semicondutores – tema que vem estudando desde sua primeira iniciação científica, iniciada em 2008. Também participaram da pesquisa publicada na Nano Letters o professor Daniel Ugarte (IFGW-Unicamp) e seu ex-aluno de doutorado Luiz Tizei. “A participação deles foi imprescindível para o resultado final obtido”, diz Cotta.
Os grupos de Cotta e Ugarte têm uma longa história de colaborações e tinham publicado em 2011 um outro trabalho [Chiaramonte, T., Tizei, L. H. G., Ugarte, D., & Cotta, M. A. Kinetic Effects in InP Nanowire Growth and Stacking Fault Formation: The Role of Interface Roughening. Nano Letters, 2011, 11 (5), PP 1934–1940. DOI:10.1021/nl200083f] que motivou o tema do mestrado de Douglas. “Queríamos compreender melhor a rota de incorporação de átomos do grupo III, ao qual pertence o índio, na nanopartícula catalisadora, e o papel da deformação induzida na interface entre a nanopartícula e a fase sólida (substrato ou nanofio)”, contextualiza a professora Cotta.
Para isso, os pesquisadores introduziram um grande fluxo de TMI (o vapor do índio) durante o processo VLS. “Acreditamos que nesse regime ocorre uma competição entre as duas rotas mais prováveis para a incorporação de índio no nanofio durante o crescimento, que são: via interior da nanopartícula para o nanofio, ou, diretamente, da fase vapor no ambiente para o local de crescimento na interface”, justifica Cotta.
Segundo o modelo proposto pelos pesquisadores da Unicamp, essa competição entre as rotas pode modificar estruturalmente a interface entre a nanopartícula de ouro e o nanofio durante o crescimento, alterando assim o ângulo de contato entre eles ou, em outras palavras, gerando instabilidades. “Com um ângulo de contato diferente, não é mantido o equilíbrio de forças que mantém a nanopartícula no topo do nanofio. Isso induz a nanopartícula, líquida, a descer e englobar parte do nanofio. A descida da nanopartícula pela lateral do nanofio favorece a formação de novos núcleos de fosfeto de índio que aumentam o diâmetro do nanofio”, explica a professora.
Mas por que as oscilações do diâmetro são periódicas? Porque o processo é cíclico. A professora Cotta explica que, quando a nanopartícula engloba uma parte da lateral do nanofio, o balanço das forças muda novamente, empurrando a nanopartícula para o topo do nanofio. E tudo volta a começar.
Relevância do trabalho
O modelo da cinética foi desenvolvido com base na análise da geometria, morfologia e composição de pouco mais de 100 nanofios, usando as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) com dispersão de energia de raios X (EDS) e microscopia eletrônica de transmissão. A pesquisa foi inteiramente realizada em Campinas (SP), no IFGW-Unicamp e no Laboratório de Microscopia Eletrônica do LNNANO/CNPEM.
“O estudo da cinética de crescimento de nanofios por si só já é muito importante para o desenvolvimento de materiais semicondutores com novas propriedades”, afirma Cotta. Nesse sentido, o trabalho publicado na Nano Letters mostrou um novo mecanismo para o controle, não apenas morfológico, mas também cristalográfico, dos nanofios de fosfeto de índio. Mas o fato de os nanofios de Douglas e Cotta apresentarem ápices de até cinco nanometros de diâmetro agrega ainda mais valor ao trabalho. “Em estruturas tão pequenas, pesquisas recentes indicam que variações de diâmetro têm grande potencial para aplicações na conversão de energia, por exemplo, utilizando o efeito termoelétrico”, completa a professora.
Para saber mais:
Dissertação de mestrado de Douglas Soares de Oliveira, intitulada Nanofios semicondutores: síntese e processos de formação: http://webbif.ifi.unicamp.br/tesesOnline/teses/IF1549.pdf
INCT de Fotônica divulga dados de pesquisa sobre vidros luminescentes.
Pesquisadores do INCT conseguiram gerar luz branca em vidros germanatos dopados com íons de holmio, itérbio e túlio. Veja o material de divulgação.
José Arana Varela recebe prêmio internacional na área de cerâmicas.
O professor José Arana Varela, presidente do Conselho Técnico-Administrativo da FAPESP, coordenador da Divisão de Pesquisa do INCT dos Materiais em Nanotecnologia e ex-presidente da SBPMat, foi homenageado na sessão de abertura da “37th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites” no dia 28 de Janeiro de 2013 em Daytona Beach, Flórida, Estados Unidos.
Na ocasião o professor Varela recebeu o 2013 Global Star Award das mãos do presidente da American Ceramic Society, Dr. Richard K. Brow. O prêmio reconhece “relevantes contribuições” à área de pesquisa, segundo a American Ceramic Society (Acers), promotora do evento e mais importante instituição do gênero no mundo.
Veja a notícia da Agência Fapesp: http://agencia.fapesp.br/16810.
Boletim SBPMat – edição 5 – janeiro 2013.
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Some information about the scientific work of Professor Gross.
Great part of the scientific activity of Prof. Bernhard Gross which came before his studies on electrets receive very little attention but are priceless. The papers on electrets started to have international prominence and repercussion after the 70’s and continued until early 80’s. I will comment a little about what he produced since the beginning of his career until the 60’s.
While still in Stuttgart, Germany, he published some papers about latitude corrections in detectors used to study cosmic rays in the atmosphere [references 1 and 2]. These articles were published in German. His work was soon generalized by E. J. Williams and published by Nature magazine [3]. Later on, this correction became known as “Gross’s transformation”. In the celebrated book about cosmic rays, published in 1950 [4], chapter 3 is dedicated to “Gross’s transformation”.
His first paper in Brazil was regarding electrical properties of zeolites [5] which, together with the work on delayed effects on dielectric solids [6] and, later on, on static charges on dielectrics [7], marked the beginning of his research in the field of Materials, which would culminate with famed studies about electrets after the 60’s. However, some seminal works on mathematical models applied to visco-elastic systems were very significant. These works were published in the last years of the 40’s [8-11]. As a result of this works, Gross published a book on the subject, which is still used as essential reference for the field of rheology of solids [12].
Circa 1950, Gross performed a series of studies on the effects of radiation on vitreous and polymeric systems [13.14]. With these studies, he discovered an electrical current in dielectric solids, which was related to the Compton Effect, originating celebrated and seminal work [15]. This effect explained the phenomenon occurring in nuclear plants, which had remained unexplained until then. The glass windows used as protection to radiation spontaneously cracked after being used for some time. Gross was invited by the Radiation Research Center in New York and, together with local researchers, he proved that Compton currents were responsible for the degradation of glass [16]. Right after that, Gross invented the Compton dosimeter [17], which he patented in the Unites States, but lost it for the American army after a legal battle.
Still in Brazil, Gross started his first studies about electrets [18, 19]; being the first to manufacture what he called radioelectrets. After retiring from the National Institute of Technology, he was invited to be in charge of the Department of Scientific and Technical Information of the International Agency of Atomic Energy, in Vienna, where he stayed until the end of the 60’s. He published some relevant papers about scientific information [20] and returns as a researcher in the field of electrets in the 70’s.
Professor Roberto Mendonça Faria
Researcher on Group of Polymers “Prof. Bernhard Gross” (USP São Carlos)
Prof. Bernhard Gross’s PhD student, between 1980 and 1984.
References
[1] For the Pressure Dependence of the Ionization by Cosmic Ray (Zur Druckabhängigkeit der Ionisation durch. Ultrastrahlung), B. Gross, ZEITSCHRIFT FUR PHYSIK Volume: 78 Issue: 3-4 Pages: 271-278 DOI: 10.1007/BF01337596 Published: MAR 1932.
[2] For the absorption of the ultra radiation (Zur Absorption der Ultrastrahlung), ZEITSCHRIFT FUR PHYSIK, B. Gross, Volume: 83 Issue: 3-4 Pages: 214-221 DOI: 10.1007/BF01331141 Published: MAR 1933.
[3] Spectrum and latitude variation of penetrating radiation, E. J. Williams, Nature, 512 (1933).
[4] Cosmic rays, L. Janossy (1950), Oxford at Clarendon Press.
[5] On the electric conductivity of Zeolite, B. Gross, ZEITSCHRIFT FUR KRISTALLOGRAPHIE Volume: 92 Issue: 3/4 Pages: 284-292 Published: DEC 19.
[6] On after-effects in solid dielectrics, B. Gross, PHYSICAL REVIEW Volume: 57 Issue: 1 Pages: 57-59 DOI: 10.1103/PhysRev.57.57 Published: JAN 1940.
[7] STATIC CHARGES ON DIELECTRICS, B. Gross, BRITISH JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Volume: 1 Issue: OCT Pages: 259-267 DOI: 10.1088/0508-3443/1/10/304 Published: 1950.
[8] ON CREEP AND RELAXATION, B. Gross, PHYSICAL REVIEW Volume: 71 Issue: 2 Pages: 144-144 Published: 1947.
[9] ON CREEP AND RELAXATION, B. Gross, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Volume: 18 Issue: 2 Pages: 212-221 DOI: 10.1063/1.1697606 Published: 1947.
[10] ON CREEP AND RELAXATION .2, B. Gross, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Volume: 19 Issue: 3 Pages: 257-264 DOI: 10.1063/1.1715055 Published: 1948.
[11] FRICTIONAL LOSS IN VISCO-ELASTIC SUBSTANCES, B. Gross, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Volume: 21 Issue: 2 Pages: 185-185 DOI: 10.1063/1.1699622 Published: 1950.
[12] Mathematical structure of the theories of Viscoelasticity, B. Gross, Paris, Hermann Press (1953).
[13] IRRADIATION EFFECTS IN BOROSILICATE GLASS, B. Gross, PHYSICAL REVIEW Volume: 107 Issue: 2 Pages: 368-373 DOI: 10.1103/PhysRev.107.368 Published: 1957.
[14] IRRADIATION EFFECTS IN PLEXIGLAS, B. Gross, JOURNAL OF POLYMER SCIENCE Volume: 27 Issue: 115 Pages: 135-143 DOI: 10.1002/pol.1958.1202711511 Published: 1958.
[15] THE COMPTON CURRENT, B. Gross, ZEITSCHRIFT FUR PHYSIK Volume: 155 Issue: 4 Pages: 479-487 DOI: 10.1007/BF01333129 Published: 1959.
[16] BETA-PARTICLE TRANSMISSION CURRENTS IN SOLID DIELECTRICS, B. Gross, A. Bradley & A. P. Pinkerton, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Volume: 31 Issue: 6 Pages: 1035-1037 DOI: 10.1063/1.1735740 Published: 1960.
[17] Compton Dosimeter for measurements of penetrating x-rays and gamma rays, B. Gross, RADIATION RESEARCH Volume: 14 Issue: 2 Pages: 117-& DOI: 10.2307/3570883 Published: 1961.
[18] GAMMA IRRADIATION EFFECTS ON ELECTRETS, B. Gross & R. J. D. Moraes, PHYSICAL REVIEW Volume: 126 Issue: 3 Pages: 930-& DOI: 10.1103/PhysRev.126.930 Published: 1962.
[19] POLARIZATION OF ELECTRET, B. Gross & R. J. D. Moraes, JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS Volume: 37 Issue: 4 Pages: 710-& DOI: 10.1063/1.1733151 Published: 1962.
[20] PRESENT AND FUTURE TRENDS OF SCIENTIFIC INFORMATION, B. Gross, ATOMIC ENERGY REVIEW Volume: 4 Issue: DEC Pages: 85-& Published: 1966.
Bernhard Gross: father of research on electrets in Brazil.
In June 1933, the physicist and engineer from Sttutgart, Germany, Bernhard Gross disembarked in the city of Rio de Janeiro. After developing some research on cosmic rays as a collaborator and coming to the conclusion that it was hard to find a job as a physicist in his country, the 28 year-old man decided to try a life in Brazil. At this point, Gross had already published a few scientific articles.
Why did Gross come to Brazil, a country that had very few institutions, infrastructure and human resources for research at the time? At an interview conducted in 1976, Gross said that his interest in Brazil started in his childhood, during a trip with the family to the cities of Rio de Janeiro, São Paulo, Porto Alegre and Pelotas, in which he had a taste of adventure and romance.
Right after his arrival in Rio, Gross spoke at a few lectures about cosmic rays at Escola Politécnica do Largo de São Francisco and, thus, he started to meet people connected to science in the city. In January 1934, he got his first job at the Institute of Meteorology. That same year, he published the first of many scientific articles written in Brazil. In 1999, at the age of 94, he would publish the last of around 200 articles.
Gross made internationally relevant and impressive contributions in various topics, such as Gama rays, electrical circuits and dielectric materials, with research developed in Brazil. Gross addressed scientific challenges with a lot of competence, from both the theoretical and the experimental point of view, and he gave specific attention to the application of Maths in Physics.
Besides doing science according to international standards, since the 30’s and 40’s, Gross published the results of his work in scientific journals in Brazil and abroad, such as the Annals of the Brazilian Academy of Science, the Journal of Applied Physics, Physical Review, Journal of Chemical Physics and the German magazine Zeitschrift für Angewandte Physik, among others. In addition, Gross traveled a lot around the world, spending some time working in the United States (at Bell labs and the Massachusetts Institute of Technology), in England (at Electrical Research Association), in Austria (as a member of the scientific committee for the International Agency of Atomic Energy, international organization dedicated to the pacific use of atomic energy), among other destinations. Finally, Gross managed to bring to Brazil researchers from abroad in many occasions.
By continuously working in various themes, Gross started in Brazil the research on Physics of Condensed Matter, the pillar of Materials Science and Engineering, in a pioneering way.
The electrets
One of the fields that received more scientific contributions from Bernhard Gross is the study of electrets, dielectric materials (insulators), which possess permanent electrical charge for being permanently polarized.
The genesis of Gross’s research about electrets refers to work produced by him in Brazil in 1934: a request from Light, the electricity and telephone company, who wanted to know which was the resistance of the isolation on their telephone cables. By making measures, Gross realized that the cables presented a phenomenon which had fascinated him for some time, called “dielectric absorption”.
In the interview of 1976, Gross reports: “What Light wished to know I could resolve within a reasonable amount of time. Now, I took the opportunity to study the behavior of insulators, in a more basic way.” Gross saw the technological interest in research activities as very important, without this limiting the scientific curiosity to a mere resolution of technological issue.
In the early 40’s, Gross and his team still researched on dielectric materials at the National Institute of Technology (INT) in Rio de Janeiro. Bernhard Gross had read about electrets and, due to sheer curiosity, he started to make a series of measures together with French researcher Line Ferreira-Denard, who worked at INT. The experimental work originated two initial publications in 1945 and in 1948, and it allowed them to explain for the first time the behavior of electrets. In 1957, Gross conducted a systematic study about the behavior of fields that were generated when, while injecting electrons in charged solids, electrons were stuck in “traps”.
It was also within the context of dielectrics and electrets that Joaquim da Costa Ribeiro developed the comprehension of the thermodynamic effect or “Costa Ribeiro effect”, in which a dielectric acquired permanent polarization and charge by means of the application of an external electical field.
The electret microphone
The knowledge developed by Gross about electrets enabled the advancement on industrial applications of this material, from which the most commonly known is the electret microphone, created inside Bell labs by Gerhard Sessler and James West, who applied for patent of the invention in 1962. Millions or billions of units of this kind of microphone have been produced per year.
In order to get to the electret microphone, Sessler and West used the theory developed by Gross and a method described by him to charge materials through electron beams. But researchers at Bell lab used as raw material Teflon leaves, whose mechanical properties, low conductivity and opportunity to be manufactured as thin plates allowed the application on microphones. A charged thin leaf of Teflon is moved by the action of sound vibrations and it induces electical charges, transforming sound vibrations into electrical vibrations.
“I admit that at the time I did not think of practical applications”, said Gross during the 1976 interview about the research on electrets. The scientist explained the reasons: he did not have adequate material for industrial application (he used carnauba wax and plexiglass); the difficulty in applying for patent at the time was too great and he needed to gather various skills in order to reach a device as a microphone.
The Sessler microphone was not the only one based on the knowledge developed by Gross. In the history of the Sttutgart physicist and his electrets, there was a case of direct technological exchange, related to Preston Murphy, his American assistant specialized in electrostatic. Gross met him in one of his travels and managed to get him a contract to work in Rio de Janeiro for the National Committee of Nuclear Energy. Murphy went to Brazil around 1957 and stayed for about six years, in which he gained knowledge and expertise. According to Gross, “when coming back to the US, I joined a company where he developed a kind of electrect microphone, based on the knowledge he acquired here, taking advantage of the American extraordinary capability to make gadgets, a virtue I do not possess. He arranged a few contracts there and assembled a big production line of electret microphones”.
Acknowledging the contribution of Gross in electrets
The advancement promoted by Gross in research on electrets was recognized worldwide. Gerhard Sessler dedicated the book “Electrets”, initially edited by him in 1980, to Bernhard Gross. In an article published in the Brazilian Journal of Physics in 1999, Sessler states that Gross laid the cornerstones of modern research on electrets, guided its evolution for over a century and helped establish the field as a respected subject of modern science.
In addition, international events of the field also honored the German physicist, like the 3rd and 5th International Symposium on Electrets, occurring respectively in São Carlos (Brazil) and Heidelberg (Germany) for Gross’s 70th and 80th birthday.
In Brazil, many scientists graduated under his influence. Among others, we can name Armando Dias Tavares, Francisco Oliveira Castro, Guilherme Leal Ferreira, Joaquim Costa Ribeiro, Plínio Sussekind Rocha, Roberto Faria, Sérgio Mascarenhas and Yvonne Mascarenhas. Research groups were inspired by Gross, especially in Rio de Janeiro and São Carlos, such as Grupo de Polímeros “Bernhard Gross“, created in the middle of the 70’s at USP São Carlos, from visits of Gross to the university.
In 2002, Bernhard Gross passed away in São Carlos, at the age of 97.
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