Artigo científico em destaque: Observação ao vivo da formação de nanofilamentos de prata por uma nova rota de síntese.

O artigo científico de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:

E. Longo, L. S. Cavalcante,D. P. Volanti, A. F. Gouveia, V. M. Longo, J. A. Varela, M. O. Orlandi and J. Andrés. Direct in situ observation of the electron-driven synthesis of Ag filaments on α-Ag2WO4 crystals. Scientific Reports 3, 2013, article number 1676. DOI: 10.1038/srep01676.

Texto de divulgação:
Observação ao vivo da formação de nanofilamentos de prata por uma nova rota de síntese

Quando, no Instituto de Química do campus de Araraquara da Unesp, o microscópio eletrônico de transmissão mostrou o crescimento de protuberâncias nanométricas nos bastões de tungstato de prata que estavam sendo analisados, a equipe de pesquisadores se surpreendeu bastante. Na verdade, os cientistas estavam estudando as propriedades fotoluminescentes dos cristais de tungstato, mas, dando sequência à investigação dessas protuberâncias e após repetir o experimento e caracterizar as amostras, eles acabaram concluindo que se tratava de nanofilamentos de prata, gerados a partir da matriz de tungstato. Os pesquisadores tinham descoberto uma rota de síntese inovadora para esse material, chamada de eletrossíntese por ser produzida por elétrons.

Esta sequência de imagens de microscopia eletrônica de transmissão obtidas de cinco em cinco segundos, reproduz aproximadamente o que os cientistas viram nessa oportunidade. A setinha azul mostra os nanofilamentos crescendo.

Imagens extraídas do artigo da Scientific Reports.

A eletrossíntese se baseia no fenômeno, conhecido para os iniciados e provavelmente surpreendente para os leigos, da interação dos elétrons emitidos pelos microscópios eletrônicos com os objetos que estão sendo observados. Nesses microscópios, sejam eles de transmissão (MET) ou de varredura (MEV), feixes de elétrons são direcionados para as amostras. Da interação entre ambos resultam códigos que acabam gerando imagens que ampliam os objetos observados em até milhões de vezes. Porém, como “efeito colateral”, a alta energia desses elétrons pode produzir modificações nos materiais observados, como, por exemplo, o desgaste das amostras.

No caso da pesquisa com tungstato de prata, o efeito colateral foi, além de surpreendente, positivo e construtivo, dando início a um avanço relevante para a Ciência e Engenharia de Materiais. A pesquisa gerou um artigo assinado por oito pesquisadores: sete brasileiros ligados à Unesp e à UFSCar, e participantes do Centro Multidisciplinar para o Desenvolvimento de Materiais Cerâmicos (CMDC), e um cientista da Universidade Jaume I, da Espanha. O paper foi publicado, em abril deste ano, na Scientific Reports, periódico de acesso aberto do grupo Nature lançado em 2011.

Importância da descoberta

Nanopartículas de prata têm aplicações de impacto, principalmente devido a suas propriedades bactericidas. De fato, revestimentos de prata são realizados, por meio de métodos de deposição, para impedir a proliferação de bactérias em diversos materiais. Nesse sentido, os nanofilamentos de prata gerados por eletrossíntese a partir do tungstato de prata são ainda mais interessantes, desde que a radiação os torna três vezes mais bactericidas do que materiais similares obtidos por outras rotas.

Alguns aspectos da fabricação dos nanofilamentos de prata via eletrossíntese podem ser controlados. Por exemplo, ao se aumentar a energia dos elétrons, aumenta também a velocidade de crescimento dos nanofilamentos. Por isso o uso de microscópios de transmissão é mais eficiente do que o de microscópios de varredura na síntese dos nanofilamentos.

Entretanto, além das aplicações deste novo material, o importante avanço inicial trazido por esta pesquisa feita no Brasil foi a possibilidade de observar o crescimento dos nanofilamentos in situ e em tempo real através dos mesmos microscópios eletrônicos que estavam promovendo seu crescimento. Os pesquisadores puderam analisar o processo de nucleação (formação inicial da nanopartícula de prata a partir do cristal de tungstato) e, em seguida, o crescimento dos nanofilamentos. Complementando essas observações com técnicas de caracterização de materiais, cálculos e teorias, os cientistas puderam apresentar uma explicação científica de por que o material se comporta dessa maneira.

A explicação, ou mecanismo de crescimento, se baseia na compreensão da estrutura dos cristais de tungstato de prata. Ao receberem a irradiação de elétrons, os diversos clusters que constituem os cristais (AgO4, AgO2, WO6 e outros) se desorganizam e reorganizam, ocorrendo transferências de elétrons por meio de reações de redução-oxidação (redox). Dessas reações surgem as nanopartículas de prata, que brotam na superfície dos cristais e crescem axialmente formando os nanofilamentos.

 

História da SBPMat: concepção e gestação.

Agradecimentos ao professor Zanotto, coordenador do workshop junto ao professor Solórzano. (Arquivo pessoal de Edgar Zanotto).

Nas lembranças do professor Edgar Dutra Zanotto, um dos fundadores da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat), um marco importante no processo de criação da SBPMat foi o evento “Frontiers in Materials Research, Technology and Education. A Workshop to Advance Pan-American Collaboration”, ocorrido entre 7 e 10 de junho de 1998 no Rio de Janeiro. O evento foi organizado pela National Science Foundation (NSF) dos Estados Unidos, conjuntamente com instituições ligadas à ciência e tecnologia da Argentina, Brasil (CNPq, FINEP, MCT e PUC-Rio) e Chile, visando impulsionar o progresso na área de Materiais por meio de colaborações, não apenas entre diversas áreas do conhecimento, mas também entre os países do continente americano e entre a academia e a indústria. Os chairmen brasileiros do evento foram o próprio Zanotto (professor da UFSCar, formado em Engenharia de Materiais com mestrado em Física e doutorado em Tecnologia de Vidros) e o professor Guillermo Solórzano (professor da PUC-Rio com formação voltada à Engenharia de Materiais-Metalurgia).

O workshop foi uma oportunidade para discussões sobre temas já presentes no cenário brasileiro de pesquisa em Materiais: a fraca interação com pesquisadores latino e norte-americanos, a necessidade de interdisciplinaridade, a pouca interação existente entre empresas e universidades, a inexistência de uma revista científica forte e de uma sociedade científica interdisciplinar sobre Materiais.

Participantes do workshop panamericano, que foi um marco no processo que levou à fundação da SBPMat. (Foto do arquivo pessoal de Guillermo Solórzano)

De acordo com um documento de novembro de 2000 assinado por Zanotto e Solórzano, no workshop panamericano ficou evidente que a comunidade brasileira de Materiais necessitava uma sociedade científica organizada e que a representasse.  “A própria comunidade internacional da área tem manifestado surpresa com a inexistência deste tipo de sociedade no Brasil”, diz o documento. De fato, a Materials Research Society dos Estados Unidos (MRS), que serviu como modelo à SBPMat para dar os primeiros passos, tinha sido fundada em 1973. Outro exemplo era a Asociación Argentina de Materiales, fundada em 1993.

Esse mesmo documento afirma que “tem crescido progressivamente na comunidade brasileira o contingente de pesquisadores de Materiais”.  Nas lembranças do professor Elson Longo, na época “as publicações em Materiais dos grupos principais já eram relevantes e ligadas a revistas internacionais especializadas de alto nível, mas a criação da SBPMat incrementou ainda mais esse tipo de publicação ”. Longo, químico com mestrado e doutorado em Físico-Química e então professor da UFSCar, participou da gênese da SBPMat dando apoio e fazendo ampla propaganda da importância da criação da sociedade para o desenvolvimento da pesquisa no Brasil.  Num segundo momento, assumiu a direção da sociedade junto ao professor Roberto Mendonça Faria, e presidiu a SBPMat de 2004 a 2005.

O segundo a partir da esquerda na fila da frente é o professor Solórzano, um dos coordenadores do evento. (Foto do arquivo pessoal de Guillermo Solórzano)

O físico Aldo Craievich (USP) comenta que, no ano 2000, já havia um importante número de grupos de pesquisa em Materiais, o qual foi aumentando durante a última década. “Os pesquisadores que realizavam pesquisas básicas no início deste século já publicavam principalmente em revistas internacionais, enquanto os pesquisadores em áreas tecnológicas/industriais publicavam uma fração importante de seus trabalhos em revistas nacionais, tais como a Revista da Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração (ABM) e os Anais do Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais (CBECiMat),  em muitos casos em português”, diz o professor Craievich.

O professor Sergio Machado Rezende (UFPE), engenheiro eletrônico com mestrado e doutorado em Física, que também apoiou desde o início a iniciativa de fundação da SBPMat, recorda que “até a criação da sociedade, na engenharia, a área de Materiais ficava no departamento de Metalurgia das universidades, porque as engenharias tradicionais (civil, mecânica, eletrônica) não tinham muita pesquisa em Materiais”.

Em outubro do mesmo ano do workshop pan-americano (1998), foi publicada a primeira edição da revista científica Materials Research – Revista Ibero-Americana de Materiais (ISSN 1516-1439). “É interessante notar que esse periódico de natureza interdisciplinar também surgiu de discussões realizadas mais ou menos na mesma época, na década de 1990, nas assembleias do CBECiMat”, comenta o professor Zanotto, que foi o primeiro editor-chefe desse periódico e permaneceu nesse cargo durante treze anos, até outubro de 2010. O CBECiMat vinha sendo organizado desde 1974 com o apoio da ABM, da Associação Brasileira de Cerâmica (ABC) e da Associação Brasileira de Polímeros (ABPol), associações das quais participavam pesquisadores, principalmente engenheiros, e entidades de classe ligadas à indústria. Essas três associações foram as fundadoras da revista Materials Research, que aos poucos passou a congregar também quatro sociedades parceiras: a Sociedade Brasileira de Crescimento de Cristais (SBCC), a Sociedade Brasileira de Cristalografia (SBCr), a Sociedade Brasileira de Microscopia e Microanálise (SBMM) e a própria SBPMat.

Outros eventos que reuniam uma parte dos pesquisadores de Materiais brasileiros eram as reuniões que a MRS organizava duas vezes por ano nos Estados Unidos.  “Muitos físicos já participavam naquela época desses encontros da MRS”, lembra o professor Rezende.

Apresentação da proposta à comunidade brasileira

No início do ano 2000, após um estágio nos Estados Unidos, no qual participara de um encontro da MRS, Guillermo Solórzano deu início aos esforços realizados para fundar uma sociedade brasileira de pesquisa em Materiais. “Nesse momento ele iniciou conversas com pesquisadores brasileiros que poderiam se interessar por essa empreitada”, diz Edgar Zanotto. O professor Solórzano é, de fato, lembrado por Zanotto como “nucleador da SBPMat” e por Rezende como “principal articulador da ideia da criação da SBPMat”. Aldo Craievich diz ainda que Solórzano foi “o pesquisador que fez a primeira proposta pública e mais batalhou durante a fase que conduziu, desde as conversas preliminares à fundação da SBPMat”.

Edgar Zanotto foi um dos pesquisadores procurados por Solórzano. “Quando retornou dos EUA com essa ideia, Guillermo me consultou; eu imediatamente concordei com a proposta e então ele solicitou que eu convidasse pesquisadores renomados da área de Materiais, de São Paulo e São Carlos, para reuniões presenciais sobre a proposta. Ele também pediu que eu realizasse diligências junto à diretoria e a comunidade da Associação Brasileira de Cerâmica”, relata Zanotto.

Sergio Rezende foi outro dos pesquisadores procurados por Solórzano. “Eu me lembro que o Guillermo me disse que ele iria apresentar a proposta da SBPMat numa reunião de Física da Matéria Condensada, mas que precisava do apoio de físicos”. Imediatamente, Rezende disse que via a iniciativa com bons olhos e que considerava importante haver participação de físicos nela, porque a área de Materiais nos países mais desenvolvidos era interdisciplinar já naquela época, envolvendo engenheiros, físicos, químicos e outros cientistas.

Zanotto comenta que o envolvimento de físicos e químicos renomados era um claro objetivo dos pesquisadores que participaram da gestação da SBPMat. “O apoio e incentivo desses físicos e químicos, que gostaram da idéia, viabilizou a efetiva criação da SBPMat”, conclui Zanotto.

Além da apresentação no Encontro de Física da Matéria Condensada lembrada pelo professor Rezende, houve, pelo menos, mais dez reuniões realizadas ao longo do ano 2000 em cidades das regiões Sul, Sudeste e Nordeste (veja Anexo 1). De acordo com o professor Zanotto, “as cidades foram escolhidas com base no número de pesquisadores locais da área de Materiais e, várias vezes, aproveitado a realização de congressos científicos relacionados a Materiais”.

Nas recordações do professor Longo, nesse ano de 2000 houve uma participação muito forte do Instituto de Física da USP e dos Departamentos de Química, Física e Engenharia de Materiais da UFSCar. “Mobilizados, eles deram uma consistência maior para a sociedade que estava nascendo. A partir daí houve uma participação da nossa comunidade como um todo, para viabilizar a nova sociedade”, lembra.

A respeito do conteúdo das reuniões realizadas, Zanotto comenta: “Se recordo bem, uma das principais conclusões foi que havia pouca interação no Brasil entre engenheiros, físicos e químicos e que urgia fomentar a interdisciplinaridade – característica necessária para o desenvolvimento da pesquisa em materiais!”.

Aldo Craievich, que participou de várias dessas reuniões e eventos e no intercâmbio de mensagens eletrônicas, sempre apoiando a criação da SBPMat, acrescenta que, nessa fase de gestação da sociedade, a ideia era criar uma entidade de características similares às da MRS dos Estados Unidos.  “A principal função da nova associação seria a de organizar encontros anuais compostos de simpósios temáticos, como os da MRS. Ponderou-se que esses encontros deveriam ter um forte caráter internacional, com ampla participação de pesquisadores estrangeiros, e utilizando preferentemente o idioma inglês nas apresentações e no livro de resumos”, comenta. O professor Craievich acrescenta ainda que, na época, definiu-se que a SBPMat seria uma sociedade de forte vocação interdisciplinar (incluindo físicos, químicos e engenheiros de Materiais), com importante inserção na comunidade internacional de Materiais e que abrangeria tanto as pesquisas básicas quanto as aplicadas e as de interesse tecnológico.

Dificuldades e resistências

Em decorrência dessas reuniões, houve centenas de adesões à iniciativa de fundar a SBPMat, feitas pelo correio eletrônico. O documento de novembro de 2000 registra mais de 300 e-mails de pré-afiliação à sociedade em gestação ou de apoio à iniciativa, e apenas dois ou três apresentando críticas.

Entretanto, resistências à criação de uma sociedade brasileira interdisciplinar de pesquisa em Materiais existiram. Edgar Zanotto se lembra de uma acirrada oposição por parte de pesquisadores que consideravam que não haveria espaço para mais uma associação voltada a Materiais. “Muitos colegas que participaram das reuniões de apresentação da proposta eram membros ou haviam passado pela diretoria das associações brasileiras de cerâmica (ABC), metalurgia (ABM) e polímeros (ABPol), as quais, por sua vez, já realizavam seus respectivos congressos anuais; nem sempre com audiência significativa”. Alem disso, acrescenta o professor, ao menos um congresso de caráter interdisciplinar já vinha sendo organizado bienalmente pelo mesmo pessoal daquelas três sociedades, o acima citado CBECiMat.

Conforme menciona o professor Craievich, a coexistência de congressos relacionados com Materiais acontece também nos Estados Unidos, onde, além dos eventos da MRS, existem os organizados pela TMS (The Minerals, Metals & Materials Society). “Essas duas séries de reuniões congregam anualmente vários milhares de participantes e não parece que haja uma superposição ou conflito entre elas”, diz o professor. “Me parece que esse mesmo comentário se aplica ao que acontece no Brasil, onde coexistem as reuniões periódicas da SBPMat, da ABM e o CBECiMat, além das reuniões mais específicas, por exemplo, sobre materiais cerâmicos e polímeros”, completa.

O professor Rezende lembra-se da oposição enfrentada entre os físicos. “Infelizmente, sempre que vem uma coisa nova tem certas resistências. Alguns físicos diziam que haveria uma dispersão da área de Física, a qual já tinha a Matéria Condensada”, comenta.  Resumindo, Rezende conclui que uma minoria dos físicos era resistente à criação da sociedade e uma boa parte não se envolveu muito no início, mas que um envolvimento maior foi surgindo gradualmente, principalmente por parte dos pesquisadores da área de Matéria Condensada e os físicos experimentais. “Hoje os físicos têm uma participação grande na SBPMat. E essa participação com a engenharia é muito importante”, afirma o professor.

Para o professor Longo, o maior desafio para criação da sociedade foi a falta de financiamento para o deslocamento dos organizadores. “Via de regra, eles utilizaram verba pessoal para estruturar a sociedade”, diz.

Rumo aos estatutos

Apesar dessas dificuldades e resistências, no final do ano 2000 a criação da SBPMat contava com adesão e força motriz suficientes para avançar mais um passo, registrado no documento de novembro desse ano: a formação de  uma comissão interdisciplinar de Materiais, constituída por pesquisadores “de liderança e expressão”, “representativa das diversas regiões do país e das diferentes áreas de pesquisa em Materiais, incorporando engenheiros, físicos e químicos” dispostos a colaborar na empreitada (veja Anexo 2). O documento deixava aberta a possibilidade de participação a outros pesquisadores.

Essa comissão elaboraria os estatutos da futura SBPMat, que seria finalmente instituída numa reunião de junho de 2001 e formalmente constituída em janeiro de 2002.

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Anexo 1. As reuniões de apresentação da proposta.

Por iniciativa do professor Guillermo Solórzano, a proposta de criação da SBPMat foi apresentada numa série de reuniões e eventos ao longo de 2000. As apresentações ocorreram graças a ajuda de muitos pesquisadores que permitiram articulá-las e contaram com a presença de Solórzano e seus colaboradores. Segue a relação das reuniões das quais se tem registro em documentos da SBPMat e na lembrança de seus criadores:

  • em São Lourenço (MG), durante o Encontro de Física da Matéria Condensada, no mês de maio;
  • na PUC-Rio (Rio de Janeiro, RJ) no dia 28 de agosto;
  • na UFPE (Recife, PE), também em 28 de agosto;
  • no IPEN (São Paulo, SP) no dia 30 ou 31 de agosto;
  • na UFMG (Belo Horizonte, MG) no dia 1º de setembro;
  • em Canela (RS), em 7 de setembro, durante o congresso Ion Beam Modification of Materials;
  • na UFSC (Florianópolis, SC) no dia 11 de setembro;
  • em Joinville (SC), no dia 12 ou 13 de setembro, durante o SULMAT (Congresso em Ciência de Materiais da região Sul);
  • na UFSCar (São Carlos, SP) em 22 de setembro;
  • na UFPR (Curitiba, PR) em 26 de novembro;
  • em Águas de São Pedro (SP), em 4 de dezembro, durante o CBECiMat.

Anexo 2. Participantes da Comissão Interdisciplinar de Materiais, de acordo com documento de novembro de 2000. Essa comissão elaborou os estatutos da futura SBPMat.

  • Aldo Felix Craievich (USP)
  • Aloísio Nelmo Klein (UFSC)
  • Angelo Fernando Padilha (USP)
  • Edgar Dutra Zanotto (UFSCar)
  • Elisa Maria Baggio Saitovitch (CBPF)
  • Elson Longo da Silva (UFSCar)
  • Evando Mirra de Paula e Silva (CNPq)
  • Fernanda Margarida Barbosa Coutinho (IMA – UFRJ)
  • Fernando Galembeck (UNICAMP)
  • Fernando Lázaro Freire Junior (PUC-Rio)
  • Ivan Guillermo Solórzano-Naranjo (PUC-Rio)
  • José Antonio Eiras (UFSCar)
  • José Arana Varela (UNESP)
  • Luiz Henrique de Almeida (UFRJ)
  • Moni Behar (UFRGS)
  • Renato Figueiredo Jardim (USP)
  • Roberto Villas Bôas (CETEM)
  • Sergio Machado Rezende (UFPE)
  • Wander Luiz Vasconcelos (UFMG)

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Nota do Boletim da SBPMat. Por questões de agenda, Guillermo Solórzano, que no momento da reportagem exerce o cargo de Ministro Coordinador del Conocimiento y Talento Humano no Equador, não pôde participar diretamente desta matéria.

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