Artigo científico em destaque: estrada de sentido único para a luz.

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

Liang Feng, Ye-Long Xu, William S. Fegadolli, Ming-Hui Lu, José E. B. Oliveira, Vilson R. Almeida, Yan-Feng Chen & Axel Scherer. Experimental demonstration of a unidirectional reflectionless parity-time metamaterial at optical frequencies. Nature Materials, 2013, 12 (2), pp 108–113. DOI:10.1038/nmat3495.

 

Texto de divulgação: Estrada de sentido único para a luz.

A capa da Nature Materials de fevereiro destacou o artigo.

Em sua edição de fevereiro, a revista científica Nature Materials, cujo fator de impacto está acima dos 32 pontos, destacou na capa uma pesquisa que contou com a participação de três pesquisadores brasileiros. O título estampado na capa da revista, “One-way road for light” (estrada de sentido único para a luz), alude a uma propriedade demonstrada pelos autores do artigo por meio de um dispositivo fabricado por eles: a capacidade de refletir a luz em uma única direção.

Em termos gerais, o dispositivo é um guia de ondas que possibilita a transmissão da luz em ambos os sentidos de propagação (para frente e para trás), mas impede a reflexão em apenas um dos sentidos contrários à propagação. Esse efeito de reflexão unidirecional também pode ser compreendido como invisibilidade unidirecional. “Uma vez que o dispositivo não possibilita a reflexão da luz em uma direção, ele pode ser considerado invisível nessa direção”, explica William Fegadolli, um dos autores brasileiros do artigo.

Essa propriedade vinha sendo buscada por grupos de pesquisa do mundo. Alguns trabalhos publicados chegaram a propor estruturas para conseguir a unidirecionalidade, mas a pesquisa destacada na capa da Nature Materials se diferencia de artigos anteriores em várias questões. Uma das mais importantes é o fato de que a equipe de pesquisadores demonstrou experimentalmente o efeito, fabricando um dispositivo e colocando-o em funcionamento. “Os trabalhos anteriormente publicados eram condições teóricas que combinavam ganhos e perdas para construir estruturas unidirecionais, fato que tornava tais estruturas muito difíceis de serem construídas devido à complexidade necessária dos materiais requeridos e à incompatibilidade dos processos de fabricação disponíveis para tal demonstração”, diz Fegadolli.

Já no trabalho publicado em fevereiro na Nature Materials, os materiais e procedimentos usados não apenas viabilizam a fabricação do dispositivo como também são totalmente compatíveis com a tecnologia CMOS (complementary metal–oxide–semiconductor) utilizada na fabricação de circuitos integrados (chips), que estão presentes em computadores e eletrônicos.

Com essas características, a pesquisa ganha uma relevância especial na área de fotônica em silício, que busca substituir interconexões elétricas por interconexões ópticas em circuitos integrados, os quais são fabricados em grande parte com silício. Com essa substituição, pretende-se reduzir o consumo de energia dissipada e aumentar a velocidade de processamento da informação. Nesse contexto, Fegadolli avalia os resultados apresentados no artigo como “uma demonstração de conceito embrionária que pode permitir a construção de blocos essenciais para a demonstração de computação puramente óptica em plataforma de silício”.

A demonstração experimental

O dispositivo consiste num guia de ondas de silício de 800 por 220 nanometros, tamanho compatível com seu uso em microchips, que possui, periodicamente, pequenas estruturas de germânio, cromo e silício devidamente projetadas em sua superfície. O guia de ondas está inserido numa plataforma de dióxido de silício.

Imagens do dispositivo fabricado antes da deposição de oxido de silício (a) estrutura periódica completa e (b) visão magnificada destacando suas dimensões longitudinais.

Para a demonstração experimental do efeito de reflexão unidirecional, a equipe se inspirou em conceitos da teoria quântica de campos, mais precisamente na condição de “parity-time”, que combina simetrias de reversão de paridade e de reversão temporal. No dispositivo em questão, explica Fegadolli, “a unidirecionalidade da reflexão é obtida devido a uma condição particular onde as simetrias de reversão de paridade e de tempo geram um ponto excepcional que quebra a simetria de propagação eletromagnética em estruturas periódicas”.

A equipe de trabalho

William Fegadolli acabou de defender sua tese de doutorado sobre síntese de dispositivos ópticos integrados em silício no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica e Computação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Grande parte do trabalho publicado na Nature Materials foi desenvolvida durante o estágio de doutorado-sanduíche de Fegadolli no California Institute of Technology (Caltech), no Grupo de Nanofabricação coordenado pelo professor Axel Scherer.

Além de Fegadolli e de Scherer, participaram como autores do artigo o Coronel Aviador Vilson Rosa de Almeida (orientador de doutorado de Fegadolli, professor colaborador do ITA e diretor do Instituto de Estudos Avançados – IEAv ), o professor do ITA José Edimar Oliveira (co-orientador do doutorado), mais um pesquisador do Grupo de Nanofabricação e três cientistas da Universidade de Nanjing (China).

XII Encontro da SBPMat: “Memorial Lecture Joaquim Costa Ribeiro” honrará Elson Longo.

Elson Longo da Silva: o próximo homenageado com a palestra memorial da SBPMat.

Desde 2011, a SBPMat outorga, anualmente, uma distinção a um pesquisador de carreira destacada na área de Materiais, quem profere uma palestra durante o encontro anual da sociedade. O nome desse ato é “Memorial Lecture Joaquim Costa Ribeiro”, em homenagem a esse pioneiro da pesquisa experimental em Materiais no Brasil.

Neste ano, o pesquisador honrado será o professor Elson Longo, que ministrará sua palestra na abertura do evento, no dia 29 de setembro, no Convention Center de Campos do Jordão (SP). O professor Longo foi um dos fundadores da SBPMat e um de seus primeiros presidentes.

A honraria já foi outorgada, em anos anteriores, aos professores Sergio Machado Rezende e Sergio Mascarenhas Oliveira.

Boletim SBPMat – edição 6 – fevereiro 2013.

 

Edição nº 6 – Fevereiro de 2013

Saudações,

Novidades da SBPMat

Divulgamos a relação de simpósios do encontro deste ano e as principais datas do evento!

Veja aqui.

Artigos científicos em destaque

Um grupo de pesquisadores da Unicamp observou variações periódicas no formato de nanofios semicondutores e explicou de que maneira elas estão relacionadas a instabilidades no crescimento dos nanofios. A pesquisa foi totalmente desenvolvida em Campinas (SP) e foi publicada na Nano Letters.

Veja a matéria de divulgação que preparamos para este boletim.

Entrevista

Conversamos sobre materiais complexos biomiméticos (inspirados na natureza) com André Studart, engenheiro e cientista de Materiais brasileiro, fundador e coordenador do Laboratório de Materiais Complexos do ETH, na Suíça.

Veja a breve entrevista.

Dicas de leitura

Novidades do Brasil

  • One-way road for light: artigo de capa da Nature Materials tem participação de pesquisadores do IEAv e do ITA (Publicado no boletim Agência Fapesp). Aqui.
  • Materiais luminescentes: UnB desenvolve marcadores para perícia criminal mais eficientes do que as técnicas atuais (Publicado no jornal Correio Braziliense). Aqui.
  • Vidros luminescentes: pesquisadores do INCT de Fotônica conseguem gerar luz branca em vidros germanatos dopados com íons de holmio, itérbio e túlio (Divulgação do INCT de Fotônica). Aqui.
  • Uso de casca de soja em compósitos: nanocristais reforçam polímeros sem deixá-los opacos (Publicado na revista Pesquisa Fapesp). Aqui.
  • Avanços nacionais na purificação do silício para uso em células solares (Publicado no portal NEI de informações para a indústria). Aqui.
  • Brasil terá em 2017 reator nuclear multipropósito, possibilitando a caracterização de materiais por feixe de nêutrons (Publicado no site da Finep). Aqui.
  • Empresa brasileira de materiais spin-off da Unesp exporta nanotecnologia e é contemplada em programa do MIT (Publicado em site de notícias de Araraquara). Aqui.
  • Carro elétrico brasileiro terá bateria de sódio desenvolvida no país (Publicado no site da Finep). Aqui.

Novidades do exterior

  • O mistério da supercondutividade em altas temperaturas: novo método experimental permite descartar hipótese das CDWs (com base em paper da Nature Materials). Aqui.
  • Desgaste em nanoescala: observação ao vivo usando MET determina a causa do desgaste e quantifica os átomos perdidos (com base em paper da Nature Nanotechnology). Aqui.
  • Novo método de fabricação de filmes ferroelétricos resulta em propriedades elétricas excepcionais (com base em paper da Advanced Materials). Aqui.
  • A chave para produzir grafeno de qualidade controlada para aplicações tecnológicas: usar lâminas de cobre como base (com base em paper da ACS Nano). Aqui.
  • Um gel polimérico que cresce e aumenta o tamanho de seus poros com a ação da luz (com base em paper da Angewandte Chemie). Aqui.
  • Supercondutores: sob campos magnéticos intensos a supercondutividade pode, sim, ser mantida ao imobilizar os vórtices (com base em paper da Nature Communications). Aqui.
  • Európio e titânio combinados geram novo material com efeito magnetoelétrico gigante (com base em paper da Nature Communications). Aqui.
  • Micro supercapacitores de grafeno fabricados com um gravador de DVD; veja texto e curto vídeo premiado (com base em paper da Nature Communications). Aqui.

Gente da nossa comunidade

  • José Arana Varela, ex-presidente da SBPMat, recebe prêmio internacional na área de cerâmicas. Aqui.

Oportunidades para a comunidade de Materiais

  • Bolsas e outros benefícios para doutorado sanduíche e pós-doc na Suécia, África do Sul e EUA. O edital contempla a área de Materiais nos temas de interesse. Aqui.
  • Bolsas e outros e benefícios para candidatos com excelente qualificação para fazer doutorado na Alemanha em várias modalidades. Aqui.

 

Proximos eventos da área

  • V Método Rietveld de Refinamento de Estrutura. Aqui.
  • Workshop “Frontiers in Condensed Matter Sciences”. Aqui.
  • 22 International Congress on X-ray Optics and Microanalysis. Aqui.
  • Euromat 2013 – European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes. Aqui.
  • 8th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites (HTCMC-8). Aqui.
  • International Polysaccharide Conference (EPNOE 2013). Aqui.
  • XII Encontro da SBPMat.
  • 6º Congresso Internacional de Electrocerâmica. Aqui.

Veja a agenda de eventos.

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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.

Edição nº 5 – Janeiro de 2013

Saudações,

História da pesquisa em Materiais

Homenageamos nesta edição o cientista alemão Bernhard Gross, um dos pioneiros da pesquisa em Materiais no Brasil.Veja a matéria sobre seus trabalhos com eletretos, campo no qual Gross desenvolveu a primeira teoria, possibilitando aplicações industriais como os microfones de eletretos.Veja o texto sobre a obra científica de Gross, que também incluiu aportes internacionalmente significativos em temas como raios cósmicos, materiais dielétricos, efeitos da radiação em materiais.

Artigos científicos em destaque

Artigo sobre a influência da morfologia do óxido cúprico
em suas propriedades sensoras, publicado na Advanced Functional Materials, tem participação de grupo de pesquisa do Instituto de Química da UNESP. O artigo traz contribuições inovadoras ao desenvolvimento de sensores de alto desempenho para detecção de gases.Veja a matéria de divulgação que preparamos para este boletim.

 

Entrevista

Conversamos com o ganhador do Prêmio Capes de Tese na área de Materiais, Cesar Aguzzoli. Ele nos contou sobre sua trajetória na pesquisa e como desenvolveu um trabalho destacado em nível nacional.Veja a breve entrevista.

Dicas de leitura

Novidades do Brasil

  • Em Santa Catarina, a Pirelli produz pneus “verdes” com adição de sílica obtida da casca de arroz. (Publicado na revista inglesa The Economist). Aqui.
  • Brasil desenvolve revestimento para espelhos dos telescópios que vão formar o maior observatório dedicado a raios gama. (Publicado na revista Pesquisa Fapesp). Aqui.
  • Começa neste ano a construção no LNLS de novo acelerador de elétrons de terceira geração, que deve ficar pronto em 2016. (Publicado no boletim da Agência Fapesp). Aqui.
  • INCT de Nanotecnologia para Marcadores Integrados (INAMI) divulga seu protótipo de fluorímetro para imunoensaios. (Divulgação do INAMI). Aqui.

Novidades do exterior

  • Nitreto de boro cúbico nanoestruturado: ainda mais duro e resistente, promissor para ferramentas de corte. (Com base em paper da Nature). Aqui.
  • Novo record de eficiência de célula solar orgânica é de célula desenvolvida na Alemanha por empresa + universidades usando oligômeros. (Divulgação da empresa Heliatek). Aqui.
  • Termocristais: materiais nanoestruturados que permitem manipular o calor, assim como os cristais fotônicos o fazem com a luz. (Com base em paper da Physical Review Letters). Aqui.
  • Pesquisadores estudam a hidrofobia em óxidos de terras raras e descobrem que estes materiais podem atuar como repelentes de líquidos, com o diferencial de serem robustos e duráveis. Texto e vídeo. (Com base em paper da Nature Materials). Aqui.
  • Saiba de que é feito o novo material superomnifóbico e veja ele em ação, repelindo molho de soja, café, gasolina etc. Texto e vídeo. (Com base em paper do Journal of the American Chemical Society). Aqui.
  • toxicidade dos nanotubos de carbono em aplicações biomédicas pode ser eliminada. (Com base em paper da Angewandte Chemie). Aqui.
  • Novo sensor de imagens de alta sensibilidade e baixo custo: revestimento polimérico ultrafino aplicado por spray. (Com base em paper da Nature Communications). Aqui.
  • Materiais para liberação de fármacos: pesquisadores embutem agulhas de nanofibras de carbono em membranas de silicone. (Com base em paper da Applied Materials & Interfaces). Aqui.
  • Óxido de grafeno consegue absorver material radioativo: pode limpar águas contaminadas. (Com base em paper da PCCP). Aqui.

Artigos de revisão

  • Saiba mais sobre espectroscopia NEXAFS, com foco na caracterização de materiais orgânicos sintéticos. (Artigo publicado na Materials Today). Aqui.

Gente da nossa comunidade

  • O novo presidente da Materials Research Society é Orlando Auciello. Auciello foi palestrante em uma plenária do Encontro da SBPMat de 2012. Aqui.
  • José Carlos Bressiani, formado na primeira turma de Engenharia de Materiais do Brasil, é o novo superintendente do Ipen. Aqui.

Oportunidades para a comunidade de Materiais

  • Vagas para Engenheiros de Materiais em Minas Gerais para trabalhar na área de desenvolvimento. Aqui.
  • Concurso do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Poli-USP. Aqui.
  • Chamada FAPESP + Peugeot Citroën: compatibilidade e otimização de materiais para biocombustíveis é tema de interesse. Aqui.
  • Contratação de pesquisadores em tecnologia de plasma e tribologia para instituto de inovação. Aqui.

Proximos eventos da área

  • 22 International Congress on X-ray Optics and Microanalysis. Aqui.
  • Euromat 2013 – European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes. Aqui.
  • 8th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites (HTCMC-8). Aqui.
  • International Polysaccharide Conference (EPNOE 2013). Aqui.
  • XII Encontro da SBPMat.
  • 6º Congresso Internacional de Electrocerâmica. Aqui.

Veja a agenda de eventos.

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6th International Conference on Electroceramics – ICE2013.

6th International Conference on Electroceramics – ICE2013
João Pessoa, PB, Brazil, 9-13 November 2013
Chairs: R. Muccillo (IPEN), J. A. Varela (UNESP), J. A. Eiras (UFSCar)

The Brazilian MRS – SBPMat will organize the 6th International Conference on Electroceramics – ICE2013 to be held in João Pessoa, Brazil, 9-13 November 2013.

This conference is a forum for the exchange of ideas, advancement of the science, and discussions of the state-of-the-art in Electroceramics R&D, including Ferroelectrics, Piezoelectrics and Pyroelectrics, Thermoelectrics, Conductors (Ionic, Electronic and Mixed), Magnetic and Superconducting ceramics, Photonic and Electro-optical ceramics, Materials for Lithium Batteries and other Energy Storage Technologies, Applications to Solid Oxide Fuel Cells, Membrane Technology, Sensor and Actuator Devices, Solar Photovoltaic and Photoelectrochemical Cells, Interfacial Engineering and Superlattices, Magneto-electric coupling and Multiferroics, Modeling and Simulation.

Further information may be found in www.ice2013.net.

Presidente e ex-presidentes da SBPMat são eleitos Membros Titulares da Academia Brasileira de Ciências.

A Assembleia Geral da Academia Brasileira de Ciências (ABC) elegeu 36 cientistas de excelência para integrar seus quadros como Membros Titulares e Membros Correspondentes. A cerimônia de posse ocorrerá no dia 7 de maio de 2013.

Entre os membros titulares eleitos, há três presidentes da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat): Roberto Mendonça Faria (USP), que é o presidente atual; José Arana Varela (Unesp), presidente de 2010 a 2011, e Elson Longo da Silva (Unesp), que presidiu a sociedade de 2004 a 2005. Os dois primeiros foram eleitos na área de Ciências Físicas e o terceiro, em Ciências Químicas.

Os novos membros da ABC foram eleitos em um processo de indicação e avaliação por pares que envolveu os membros titulares da academia.

Veja aqui notícia no site a ABC com a lista completa dos membros eleitos neste ano.

A partir da esquerda: Roberto Mendonça Faria, José Arana Varela e Elson Longo da Silva.

 

Chamada de propostas de simpósios prorrogada até 23 de novembro.

Está aberta até o dia 23 de novembro a chamada de propostas de simpósios para o XII Encontro da SBPMat. O evento será realizado em Campos do Jordão, no Convention Center, de 29 de setembro a 3 de outubro de 2013.

As propostas de simpósios para o evento de 2013 podem ser apresentadas por qualquer pessoa com título de doutor ligada a uma instituição de ensino e/ou pesquisa do Brasil ou do exterior. Todos os temas da área de Ciência e Engenharia de Materiais podem ser objeto de uma proposta de simpósio. Cada simpósio deverá formar um comitê científico para avaliar os trabalhos submetidos.

Interessados em propor simpósios devem preencher o formulário disponível no site da SBPMat e enviá-lo, por correio eletrônico, para o e-mail secretaria@sbpmat.org.br até o dia 23 de novembro de 2012. As propostas apresentadas serão avaliadas pela Comissão de Eventos da SBPMat, juntamente com os organizadores do XII Encontro, e submetidas à diretoria da Sociedade.

Os simpósios temáticos são, tradicionalmente, um eixo importante da programação dos eventos anuais da SBPMat. O encontro realizado em setembro deste ano contou com 16 simpósios, que tiveram 1.817 trabalhos aceitos para apresentações orais e pôsteres.

Formulário de proposta de simpósio para download: http://www.sbpmat.org.br/12encontro/formulario_proposta_simp_sbpmat2013.docx

Boletim SBPMat – edição 2 – outubro de 2012

 

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Edição nº 2 – Outubro de 2012

Saudações, .

Notícias da SBPMat

XII Encontro da SBPMat.

Anunciamos local e data do evento e lançamos a chamada de propostas de simpósios para 2013.

Saiba mais.

Ilusta2

XI Encontro da SBPMat: presentes as cinco regiões do Brasil e mais 26 países.

Mais de 1.700 pessoas da comunidade de pesquisa em Materiais se reuniram a poucos metros da praia do Costão do Santinho de 23 a 27 de setembro para participar de uma intensa programação técnica. Houve 1.818 trabalhos aceitos.

Saiba mais.

Ilusta2

Plenárias do XI encontro: resumos, fotos e os arquivos cedidos pelos autores.

Compartilhamos com nossos leitores os arquivos das plenárias recebidos até o momento, acompanhados dos resumos das palestras. Saiba mais.

História da pesquisa em Materiais.

Preparamos uma reportagem sobre Joaquim da Costa Ribeiro, pioneiro da área de Materiais no Brasil, e o efeito termodielétrico. Um capítulo interessante da nossa história. Saiba mais.

Dicas de leitura

Novidades do Brasil. Noticias.

  • Novo equipamento para pesquisa em materiais no LNLS: estação experimental XTMS (Site da SBPMat)Saiba mais.
  • A empresa brasileira Flexsolar (Joinville) e o Instituto Fraunhofer iniciam projeto conjunto para desenvolver células solares orgânicas flexíveis no Brasil.  (Fraunhofer IAP)Saiba mais.
  • Novos tipos de lâmpadas e células fotovoltaicas orgânicas são desenvolvidos por centro de pesquisa mineiro. (Revista Pesquisa). Saiba mais.
  • Nova técnica para produzir nanofios de silício sob stress (usados em microprocessadores) de melhor desempenho. (Agência Fapesp). Saiba mais.
  • Brasileiros descobrem nova família de materiais capazes de conduzir eletricidade sem perda de energia. (Agência Fapesp). Saiba mais.

Vídeos

  • Curso de microscopia eletrônica de transmissão no YouTube (LNNano). Veja.
  • Entrevista sobre recobrimento de nanopartículas para multifuncionalidade: fotoluminescência, sensor e fotodegradação (INCTMN). Veja.

Livros

  • Lançamento de livro eletrônico com 17 artigos de divulgação sobre engenharia de superfícies (INCT de Engenharia de Superfícies). Veja.

Novidades do exterior

  • Nobel de Física 2012: material publicado sobre as pesquisas que ganharam o prêmio (SBPMat). Saiba mais.
  • Divulgação/ popularização de artigo sobre cristais fotônicos (recomendada pela Nature Materials). Saiba mais.
  • Berkeley Lab aplica a técnica HARPES para entender o ferromagnetismo em semicondutores magnéticos diluídos (Lawrence Berkeley National Laboratory). Saiba mais.
  • Novo método, simples e barato, de produção de grafeno, um dos materiais do futuro (LQES news). Saiba mais.
  • Método para evitar fissuras em filmes de nanopartículas de silício (University of Pennsylvania). Saiba mais.

Veja mais dicas de leitura.

Artigos científicos em destaque

  • Pesquisador da Unesp publica letter na Nature Materials sobre comportamento multiferróico em condutores moleculares. Saiba mais.

Oportunidades para a comunidade de Materiais

  • Chamada da Fapesp para projetos na área de Materiais em colaboração com instituições dos EUA. Saiba mais.
  • Inscrições abertas para bolsas de verão do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Saiba mais.

Próximos eventos da área

  • Conferência Luso-Brasileira de Adesão e Adesivos (CLBA 2012) – primeira edição. Saiba mais.
  • IV Encontro do Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas da UFRGS. Saiba mais.
  • IV International Workshop on Layered Materials. Saiba mais.
  • XXXVIII Congress of Theoretical Chemists of Latin Expression (Quitel 2012). Saiba mais.
  • 2nd French-Brazilian Meeting on Nanoscience, Nanotechnology and Nanobiotechnology. Saiba mais.
  • Euromat 2013 – European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes. Saiba mais.
  • 8th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites (HTCMC-8). Saiba mais.
  • International Polysaccharide Conference (EPNOE 2013). Saiba mais.

Veja a agenda de eventos.

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History of materials research: Joaquim da Costa Ribeiro and the thermo-dielectric effect.

Graduation of Costa Ribeiro, 1928. Source: Acervo Costa Ribeiro/ Arquivos Históricos em História da Ciência/CLE-Unicamp.

Graduated as a civil engineer and mechanical electrician engineer in 1928 by the Brazilian National School of Engineering, Costa Ribeiro became a lecturer at the newly founded University of Brazil (today UFRJ) and became part of the National Institute of Technology, which had a better laboratory infrastructure than the university. Thus, Costa Ribeiro participated in two of the very few institutions devoted to teaching and research in science existing in Brazil at the time.

Since 1943, Costa Ribeiro worked with German physicist Bernard Gross, who arrived in Brazil in 1933 and organized the first physics course in Rio de Janeiro two years later. Costa Ribeiro and Gross, giants of Brazilian science, can be considered the national pioneers of condensed matter physics, discipline that is among the pillars of the materials field. By the time they developed their studies, research in Physics in Brazil focused on the Nuclear and Particle fields, developed by scientists such as Cesar Lattes, Mário Schenberg and Jayme Tiomno.

Initially, Costa Ribeiro studied new methods for measuring radioactivity and applying them to Brazilian minerals, achieving notable contributions. Then, he began studying dielectric materials (solid electrical insulators), such as naphthalene and carnauba wax (typical palm tree from Northeastern Brazil), and electrets (solids with quasi-permanent electric charge).

It was then that Costa Ribeiro first observed an interesting effect while working with some dielectric materials. Fusion by heating without the application of external electric fields, caused an electric current to appear in the insulating material. Once solidified, the samples remained charged, constituting electrets. In conclusion, all it took for forming the electret, was the natural solidification of dielectric material after being melted by heating. According to Bernard Gross´s memory, recovered in an article by Professor Guilherme Leal Ferreira , this first experiment was performed with carnauba wax.

The elucidation of the phenomenon

In an interview of the Historical Archives of CLE/Unicamp, held in 1988, scientists Jayme Tiomno and Elisa Frota Pessoa, who were Costa Ribeiro´s students and his aides in the thermal-dielectric effect, shared their memories about the process that led to the elucidation of the phenomenon. According to them, in 1943, Costa Ribeiro decided to take the examination for the position of Professor in the University of Brazil, for which he had to prepare a thesis with original research. The professor then took the suggestion of Bernard Gross and studied pure organic electrets.

“He started by repeating the preparation of the electret using naphthalene and observing its properties. (…) He worked intensely, usually in the afternoons and evenings. One night, after putting the molten naphthalene in a cell to solidify and apply the electric field, he had to stop and leave. On the next day, he removed the naphthalene solid disc to melt and restart, but he decided to examine it using the electrometer. It was an electret!”

Yet, this was not the thermo-dielectric effect, but a static effect, according to Tiomno, who described: “After preparing several electrets without the application of an external electric field, he realized that the effect was stronger when cooling was faster – it was an effect of solidification rate. He, then, built an ingenious and very-well finished apparatus with which he could observe the movement of the liquid naphthalene interface with that solidified by cooling, simultaneously measuring the solidification rate (or melting) and the intensity of the electric current detected in a Wulf electrometer. Upon the verification of the correlation of these quantities, the thermo-dielectric phenomenon or Costa Ribeiro effect was discovered.

Costa Ribeiro in his lab, 1952. Source: Acervo Costa Ribeiro/ Arquivos Históricos em História da Ciência/CLE-Unicamp.

Dissemination of the research

Ribeiro´s first publication describing the effect is dated 1943. Entitled “Sobre a eletrização da cera de carnaúba na ausência de campo elétrico exterior“, the communication was made in the form of a presentation to the Brazilian Academy of Science and then, in an article published in the records of the institution.  In 1945, the thermo-dielectric effect was subject of a thesis presented by Costa Ribeiro to the National Faculty of Philosophy of the University of Brazil in the examination for a position of Professor of General and Experimental Physics. In 1953, the Brazilian Academy of Science awarded him the Einstein Award for the thermo-dielectric effect.

In the interview to CLE/Unicamp, Jayme Tiomno and Elisa Pessoa also talked about the dissemination of the effect abroad. According to them, it began by Costa Ribeiro in Argentina, in meetings of the Argentinian Physics Association in 1945 and 1948. Also in 1948, invited by the University of Paris, Costa Ribeiro conducted three lectures at Sorbonne. In 1951, a summary of his work, which had been published in English in the Records of the Brazilian Academy of  Science, was indexed in the “Physics Abstracts”. In 1954, the scientist held four lectures on his research, in the United States, at the Massachusetts Institute of Technology, in the Bureau of Standards (current National Institute of Standards and Technology), at Yale University and at General Electric.

In May 1950, US scientists Everly J. Workman and Steve E. Reynolds published a paper in Physical Review describing the same phenomenon, observed by them in the phase transition between water and ice. Consequently, the phenomenon of electrification of insulating materials in such change phase is reported in literature under various names, sometimes “Costa Ribeiro effect”, sometimes “Workman-Reynolds effect” or, simply “thermo-dielectric effect.”

The article by Professor Leal Ferreira on the Costa Ribeiro effect states that it is known today that the phenomenon of electrification of dielectrics generated by their solidification had been mentioned in the eighteenth century by Stephen Gray, one of the pioneers of experimental studies on electrical conduction. Ferreira highlights in his article that much beyond the merit of priority of discovery, there is Joaquim Costa Ribeiro´s merit of persistence in experimentally studying the effect found – merit increased by the precarious conditions of work at the time in Brazil.

Despite having a tendency of “getting by” alone, from the construction of his laboratory tools to the interpretation of results, Costa Ribeiro had collaborators in his studies on thermo-dielectric effect. Tiomno, for instance, contributed greatly to the theoretical part, up to a point where he was given a special thanks from the Professor in the thesis presented to the University of Brazil. Armando Dias Tavares and Sergio Mascarenhas were also collaborators and followers of research on the topic.

Regarding the effect applications, Mascarenhas says that the phenomenon has more fundamental than applied science value, although there are some applications, as described in a 1968 article about its use in aeronautical sector radiometers (L.D. Russel and B.H. Beam, Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 5, pg. 1501, 1968). “Unfortunately, the effect is little taught in traditional courses,” laments Mascarenhas.

Costa Ribeiro and his wife. Fonte: Acervo Costa Ribeiro/ Arquivos Históricos em História da Ciência/CLE-Unicamp.

More about Joaquim Costa Ribeiro

Married to a French woman, to whom he dedicated many of his poems, Costa Ribeiro was the father of eight children. In order to support his family, at a time when university professors earned a few minimum wages, the scientist had multiple concurrent jobs. He taught at several institutions and schools.

Co-workers and relatives describe him with adjectives like: humanistic, serene, humble, resourceful, self-educated, handy, intuitive, intelligent and thorough.

Very catholic, questioned by his students on how to reconcile religion and science, he said: “It’s simple, I completely separate them. When I am in religion, I am in religion; when I am in science, I am in science”.

In addition to his scientific contributions, Costa Ribeiro played important roles in creating the Brazilian Center for Physical Research, CBPF, (1949) and the Brazilian Federal Council for Scientific and Technological Developmente, CNPq, (1951). He also participated in several national and international initiatives on the use of nuclear energy.

He died in 1960 in Rio de Janeiro.

II ONU consulting meeting on pacific applications of of atomic energy, May 1955. Source: Acervo Costa Ribeiro/ Arquivos Históricos em História da Ciência/CLE-Unicamp.