Artigo em destaque: Nanoargilas para superar a toxicidade.


O artigo científico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Reaching Biocompatibility with Nanoclays: Eliminating the Cytotoxicity of Ir(III) Complexes. Malte C. Grüner, Kassio P. S. Zanoni, Camila F. Borgognoni, Cristiane C. Melo, Valtencir Zucolotto, and Andrea S. S. de Camargo. ACS Applied Materials & Interfaces 2018 10 (32), 26830-26834. DOI: 10.1021/acsami.8b10842.

Nanoargilas para superar a toxicidade

Trabalhando em laboratórios do Instituto de Física de São Carlos – USP (IFSC-USP), uma equipe científica desenvolveu uma estratégia que elimina a citotoxicidade (capacidade de destruir células) de um grupo de compostos com propriedades fotofísicas muito interessantes para aplicações na área da saúde. O estudo tornou viável a utilização dessas substâncias, outrora tóxicas, no estudo de organismos vivos e no diagnóstico e tratamento de doenças. Além de eliminar a citotoxicidade, a estratégia modifica algumas propriedades dos compostos, agregando novas funções que podem ser aproveitadas para sensoriamento de oxigênio intracelular e para aprimorar a eficiência de dispositivos luminescentes, como OLEDs.

O trabalho foi reportado em artigo recentemente publicado no periódico ACS Applied Materials and Interfaces (fator de impacto 8,097).

Tudo começou numa conversa informal entre três bolsistas de pós-doutorado ligados a laboratórios do IFSC-USP: Malte C. Grüner e Kassio P. S. Zanoni, ambos ligados ao Laboratório de Espectroscopia de Materiais Funcionais (LEMAF), e Camila F. Borgognoni, do Grupo de Nanomedicina e Nanotoxicologia (Gnano). Zanoni tinha trabalhado com complexos de irídio(III) durante seu doutorado, e desejava aproveitar algumas propriedades desses compostos para utilizá-los como agentes de terapia fotodinâmica. Tal terapia se refere a um conjunto de tratamentos para tecidos doentes, como por exemplo os atingidos pelo câncer, nos quais uma fonte de radiação externa é utilizada para a ativação, no momento apropriado, de um composto inserido dentro do corpo, o qual se encarrega de destruir as células que precisam ser eliminadas.

O desejo do pós-doc Zanoni, entretanto, esbarrava na alta citotoxicidade dos complexos de irídio(III). O pós-doc Grüner, então, teve a ideia inovadora de tentar utilizar laponitas (materiais que ele tinha estudado em seu doutorado) para inibir a citotoxicidade dos compostos. A partir dessa ideia, Grüner e Zanoni realizaram o preparo e a caracterização dos materiais no LEMAF, coordenado pela professora Andrea S. S. de Camargo. No GNano, coordenado pelo professor Valtencir Zucolotto, a pós-doc Borgognoni e a mestranda Cristiane Melo se encarregaram de investigar as interações das nanopartículas com as células.

Os autores do artigo. A partir da esquerda: Kassio Zanoni, Camila Borgognoni, Malte Grüner, Cristiane Melo, Valtencir Zucolotto e Andrea de Camargo.
Os autores do artigo. A partir da esquerda: Kassio Zanoni, Camila Borgognoni, Malte Grüner, Cristiane Melo, Valtencir Zucolotto e Andrea de Camargo.

Estratégia e aplicações

Ilustração da adsorção de complexos de Ir(III) (esferas azuis) na superfície de nanodiscos de laponita (discos amarelos), em solução.
Ilustração da adsorção de complexos de Ir(III) (esferas azuis) na superfície de nanodiscos de laponita (discos amarelos), em solução.

Uma das principais propriedades dos complexos de irídio(III) é a sua intensa luminescência (emissão de luz não resultante do calor) numa ampla gama de cores. Essa característica pode ser útil para iluminar células no interior de organismos vivos em técnicas de bioimageamento, usadas tanto para pesquisa quanto para diagnóstico e tratamento de doenças.

Por sua vez, as laponitas, que são nanoargilas sintéticas totalmente compatíveis com tecidos vivos, têm sido frequentemente propostas na literatura científica como nanoplataformas para transporte de fármacos e de outros compostos dentro de organismos vivos. As laponitas possuem cerca de 25 nm de comprimento e apenas 1 nm de altura.

No trabalho da equipe do IFSC-USP, um novo material foi desenvolvido como resultado da adsorção de moléculas de complexos de irídio(III) na superfície de nanodiscos de laponita.

Os pesquisadores verificaram, no laboratório (in vitro) a capacidade de o novo material ser absorvido por células, sua luminescência dentro das células e sua baixa toxicidade com relação a elas. Para isso, eles utilizaram células de fígado e observaram sua interação com o novo nanomaterial, comparando-a com a interação com o complexo de irídio(III) puro. Os resultados foram sumamente favoráveis aos nanodiscos de laponita com irídio(III), que demonstraram ser inofensivos para as células, além de apresentar boa penetração e alta luminescência – características que os tornam muito adequados para aplicação em técnicas de bioimageamento.

Emissão de luz em várias cores dos nanomateriais desenvolvidos (complexos de Ir(III) adsorvidos em laponita) distribuídos em xerogéis (parte superior) e em células do tecido do fígado (parte inferior).
Emissão de luz em várias cores dos nanomateriais desenvolvidos (complexos de Ir(III) adsorvidos em laponita) distribuídos em xerogéis (parte superior) e em células do tecido do fígado (parte inferior).

“Neste trabalho, foi demonstrado pela primeira vez que a adsorção de complexos de Ir(III) (em geral, altamente tóxicos) na superfície de nanodiscos de laponita é capaz de extinguir por completo a citotoxicidade desses compostos”, resume o pós-doc Kassio Zanoni,  que em 2017 foi vencedor do Young Research Award da SBPMat. “Tal feito torna altamente viável o uso de compostos outrora tóxicos em meios celulares sem prejudicar a integridade do meio e, portanto, tem o potencial de expandir as pesquisas de novos materiais biocompatíveis para uso em mapeamento celular, medicina teranóstica e terapia fotodinâmica”, completa.

De acordo com os autores, o novo nanomaterial poderia agir como uma droga de terapia fotodinâmica, já que, ao ser irradiado com determinados tipos de radiação, produz uma molécula (o oxigênio singleto) que atua na destruição de células cancerígenas. Dessa maneira, o nanomaterial também se torna promissor no campo da medicina teranóstica, a qual propõe a combinação, numa mesma plataforma, do diagnóstico de doenças por bioimageamento com a sua cura por meio de terapias fotodinâmicas.

Além disso, o nanomaterial pode ser usado como sensor para determinar com exatidão a quantidade de oxigênio distribuído no interior de uma célula. “Conforme demonstrado no nosso trabalho, a intensidade da emissão desse nanomaterial é uma variável em função da concentração de oxigênio”, justifica Zanoni.

Por fim, o nanomaterial, na forma de um filme fino nanométrico, também poderia ser aplicado em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) – dispositivos que já são usados, por exemplo, em telas de celulares. “Isso porque o complexo de Ir(III) adsorvido na laponita agrega propriedades fotofísicas, fotoquímicas e eletroquímicas que são estratégicas para o desenvolvimento de dispositivos mais eficientes”, explica Zanoni.

Esta pesquisa foi realizada com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).

Sócio da SBPMat é distinguido com título de Professor Honoris Causa da UFC.


Prof. Oswaldo Luiz Alves
Prof. Oswaldo Luiz Alves

O professor Oswaldo Luiz Alves (IQ – UNICAMP), sócio da SBPMat, foi agraciado com o título de Professor Honoris Causa da Universidade Federal do Ceará (UFC). O título lhe foi outorgado pelo Conselho Universitário da instituição no dia 17 de dezembro de 2018. Além de ser professor titular da UNICAMP, Alves é docente colaborador do Programa de Pós-Graduação em Física da UFC há mais de 30 anos.

Em outubro de 2018, o professor Alves recebeu mais uma importante distinção, a admissão na Ordem Nacional do Mérito Científico na classe Grã-Cruz.

Boletim da SBPMat. 76ª edição.


 

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Boletim da
Sociedade Brasileira
de Pesquisa em Materiais

Edição nº 76. 21 de dezembro de 2018.

boas festas sbpmat

Mensagem de Ano Novo da SBPMat

Com esta mensagem de Ano Novo, saúdo toda a comunidade da SBPMat, no Brasil e no exterior.

É grande a expectativa de que a partir de 2019 o Brasil retome os investimentos em ciência, tecnologia e inovação, que possam ser considerados como minimamente necessários para a manutenção de nosso sistema, desenvolvido com muito esforço nas últimas décadas. Para a reunião que a comunidade acadêmica teve com o futuro ministro da ciência e tecnologia no início de dezembro de 2018, a SBPMat enviou como sugestão principal a recomposição do orçamento da área. Sabe-se que o Brasil precisa investir muito mais na geração de conhecimento para resolver seus graves problemas econômicos e sociais. Recuperar o orçamento é apenas o primeiro e mais urgente dos passos, em face da situação das universidades e centros de pesquisa no País. São também relevantes, e fizeram parte das sugestões da SBPMat, a ênfase em parcerias entre ministérios para abordar problemas da sociedade de grande abrangência que sempre requerem ciência, tecnologia e inovação, e a busca de sinergia com o setor privado para transformar conhecimento em riqueza e bem-estar social.

A área de materiais, em particular, tem se mostrado essencial para todo e qualquer tipo de desenvolvimento. Desde as descobertas fundamentais de ciência básica para a compreensão da natureza e conquista do espaço, até aplicações em medicina e agricultura, áreas que hoje progridem enormemente a partir de novos materiais e metodologias criadas para estudá-los. No Brasil, por exemplo, a inauguração da primeira etapa do Sirius, nova fonte de luz síncrotron, no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais, revelou uma obra prima da ciência e engenharia de materiais. Ainda mais relevante é que grande parte dessa tecnologia é brasileira.

A SBPMat tem se empenhado continuamente em prover um espaço para que pesquisadores, do Brasil e exterior, possam comunicar e debater suas contribuições científico-tecnológicas, e buscar parcerias para novos desafios num campo altamente multidisciplinar. Nosso último Encontro em Natal (RN), em setembro de 2018, repetiu o sucesso de edições anteriores com essa perspectiva. Alguns dos muitos avanços da ciência e tecnologia em materiais foram destacados nos Boletins da SBPMat, como uma amostra do trabalho de qualidade que se faz no Brasil. A SBPMat também considera estratégica a divulgação científica. Em 2018 criou uma nova série do Boletim, denominada “Da ideia à inovação”, com reportagens especiais sobre o impacto de tecnologias que chegaram à sociedade.

Finalizo agradecendo à comunidade da SBPMat, desejando saúde e sucesso em 2019, na expectativa de encontrar muitos de vocês no Balneário Camboriú (SC), de 22 a 26 de setembro, para o nosso próximo Encontro.

Professor Osvaldo Novais de Oliveira Junior
Presidente da SBPMAT

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XVIII B-MRS Meeting/ Encontro da SBPMat
(Balneário Camboriú, SC, 22 a 26 de setembro de 2019)

O site do evento está no ar! www.sbpmat.org.br/18encontro/

Simpósios. 23 simpósios propostos pela comunidade científica internacional foram aprovados pela organização e compõem esta edição do evento. Veja a lista de simpósios, aqui.

Submissão de trabalhos. A submissão de resumos está aberta até 15 de abril. Notificações de aprovação, modificação ou rejeição serão enviadas até 31 de maio. Notificações finais para resumos que precisarem de modificação serão enviadas até 21 de junho.

Prêmios para estudantes. Para participar do Bernhard Gross Award, os autores deverão submeter um resumo estendido até 11 de julho, além do resumo convencional. Saiba mais, aqui.

Inscrições. Já estão abertas as inscrições. Saiba mais, aqui.

Local do evento. O encontro será realizado no turístico Balneário Camboriú (SC), no Hotel Sibara Flat & Convenções, localizado no centro da cidade, próximo a hoteis, restaurantes e lojas, e a apenas 100 metros do mar. Saiba mais, aqui.

Palestra memorial. A tradicional Palestra Memorial Joaquim da Costa Ribeiro será proferida pela professora Yvonne Primerano Mascarenhas (IFSC – USP).

Palestras plenárias. Destacados cientistas de instituições da Alemanha, Espanha, Estados Unidos e Itália proferirão palestras plenárias sobre temas de fronteira no evento. Também haverá uma plenária do brasileiro Antônio José Roque da Silva, diretor do CNPEM e do projeto Sirius. Saiba mais sobre as plenárias, aqui.

Organização. O chair do evento é o professor Ivan Helmuth Bechtold (Departamento de Física da UFSC) e o co-chair é o professor Hugo Gallardo (Departamento de Química da UFSC). O comitê de programa é formado pelos professores Iêda dos Santos (UFPB), José Antônio Eiras (UFSCar), Marta Rosso Dotto (UFSC) e Mônica Cotta (Unicamp). Conheça todos os organizadores, aqui.

Expositores e patrocinadores. 9 empresas já confirmaram participação no evento. Interessados em reservar estandes ou participar com outras formas de divulgação/ patrocínio podem entrar em contato com Alexandre no e-mail comercial@sbpmat.org.br.

Novidades dos Sócios SBPMat

– O sócio da SBPMat Sidney José Lima Ribeiro (UNESP Araraquara) é eleito fellow da Academia de Ciências Europeia. Saiba mais.

– A sócia da SBPMat Luciana Reyes Pires Kassab (Fatec São Paulo) é coeditora de novo livro da Elsevier sobre nanoestruturas fotônicas. Saiba mais.

– Os sócios da SBPMat Sérgio Ricardo de Lázaro e Luis Henrique da Silveira Lacerda (UEPG) são autores de novo livro sobre Teoria do Funcional da Densidade. Saiba mais.

Dicas de Leitura

– Equipe científica do Brasil obteve a maior folha de grafeno já reportada com método químico simples e de baixo custo. Trabalho é artigo de capa de “flagship journal” da Royal Society of Chemistry (RSC) e foi divulgado em release da RSC (paper da Chemical Science). Saiba mais.

– Cientistas conseguem filmar micropartículas colidindo com metais a alta velocidade e, a partir dos dados obtidos, conseguem predizer o que pode ocorrer com a partícula e com o material. O estudo pode beneficiar processos industriais baseados no impacto de micropartículas em superfícies (paper da Nature Communications) . Saiba mais.

– Ao fazer experimentos com nanopartículas de ouro, cientistas descobrem uma forma inesperada de interação da luz com a matéria que pode ajudar a desenvolver nanoantenas e nanocomponentes ópticos (paper da ACS Nano). Saiba mais.

Oportunidades

– Concurso para professor no Instituto de Física da UFU. Saiba mais.

Postdoctoral positions for glass research at CeRTEV (São Carlos, Brazil). Saiba mais.

– Bolsa PNPD para pós-doutorado na Unesp de Rio Claro. Saiba mais.

– Bolsa da McKinsey para mulheres estudantes de graduação, mestrado e doutorado (Next Generation Women Leaders Award). Saiba mais.

– Seleção para mestrado em Engenharia Ambiental (PPGEAMB) da Universidade Federal de Lavras. Saiba mais.

Eventos

Escola de Fabricação e Caracterização de Nanomateriais e Nanodispositivos. Duque de Caxias, RJ (Brasil). 18 a 22 de fevereiro de 2019. Site.

International Workshop on Advanced Magnetic Oxides (IWAMO 2019). Aveiro (Portugal). 15 a 17 de abril de 2019. Site.

2019 E-MRS Spring Meeting e IUMRS – ICAM. Nice (França). 27 a 31 de maio de 2019. Site.

XVIII B-MRS Meeting. Balneário Camboriú, SC (Brasil). 22 a 26 de setembro de 2019. Site.

Siga-nos nas redes sociais

Você pode divulgar novidades, oportunidades, eventos ou dicas de leitura da área de Materiais, e sugerir papers, pessoas e temas para as seções do boletim. Escreva para comunicacao@sbpmat.org.br.

 

 

Mensagem de Ano Novo da SBPMat.


Com esta mensagem de Ano Novo, saúdo toda a comunidade da SBPMat, no Brasil e no exterior.

É grande a expectativa de que a partir de 2019 o Brasil retome os investimentos em ciência, tecnologia e inovação, que possam ser considerados como minimamente necessários para a manutenção de nosso sistema, desenvolvido com muito esforço nas últimas décadas. Para a reunião que a comunidade acadêmica teve com o futuro ministro da ciência e tecnologia no início de dezembro de 2018, a SBPMat enviou como sugestão principal a recomposição do orçamento da área. Sabe-se que o Brasil precisa investir muito mais na geração de conhecimento para resolver seus graves problemas econômicos e sociais. Recuperar o orçamento é apenas o primeiro e mais urgente dos passos, em face da situação das universidades e centros de pesquisa no País. São também relevantes, e fizeram parte das sugestões da SBPMat, a ênfase em parcerias entre ministérios para abordar problemas da sociedade de grande abrangência que sempre requerem ciência, tecnologia e inovação, e a busca de sinergia com o setor privado para transformar conhecimento em riqueza e bem-estar social.

A área de materiais, em particular, tem se mostrado essencial para todo e qualquer tipo de desenvolvimento. Desde as descobertas fundamentais de ciência básica para a compreensão da natureza e conquista do espaço, até aplicações em medicina e agricultura, áreas que hoje progridem enormemente a partir de novos materiais e metodologias criadas para estudá-los. No Brasil, por exemplo, a inauguração da primeira etapa do Sirius, nova fonte de luz síncrotron, no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais, revelou uma obra prima da ciência e engenharia de materiais. Ainda mais relevante é que grande parte dessa tecnologia é brasileira.

A SBPMat tem se empenhado continuamente em prover um espaço para que pesquisadores, do Brasil e exterior, possam comunicar e debater suas contribuições científico-tecnológicas, e buscar parcerias para novos desafios num campo altamente multidisciplinar. Nosso último Encontro em Natal (RN), em setembro de 2018, repetiu o sucesso de edições anteriores com essa perspectiva. Alguns dos muitos avanços da ciência e tecnologia em materiais foram destacados nos Boletins da SBPMat, como uma amostra do trabalho de qualidade que se faz no Brasil. A SBPMat também considera estratégica a divulgação científica. Em 2018 criou uma nova série do Boletim, denominada “Da ideia à inovação”, com reportagens especiais sobre o impacto de tecnologias que chegaram à sociedade.

Finalizo agradecendo à comunidade da SBPMat, desejando saúde e sucesso em 2019, na expectativa de encontrar muitos de vocês no Balneário Camboriú (SC), de 22 a 26 de setembro, para o nosso próximo Encontro.

Professor Osvaldo Novais de Oliveira Junior

Presidente da SBPMAT

ano novo sbpmat

 

Sócio da SBPMat é eleito “fellow” da Academia de Ciências Europeia.


Prof. Sidney Ribeiro
Prof. Sidney Ribeiro

O professor Sidney José Lima Ribeiro (UNESP Araraquara), sócio da SBPMat, foi eleito Fellow da European Academy of Sciences (EurASc) neste mês de dezembro.

Os Fellows da EurASc são eleitos por meio de um processo que envolve uma indicação feita por um membro da sociedade, quem deve apresentar informações curriculares do nominado e cartas de indicação e apoio, e a aceitação da candidatura por parte do Conselho Geral da sociedade. Depois disso, o candidato é convidado a ser Fellow.

Sócios da SBPMat são autores de livro sobre Teoria do Funcional da Densidade.


Prof Sérgio Ricardo de Lázaro (esquerda) e Luis Henrique da Silveira Lacerda.
Prof Sérgio Ricardo de Lázaro (esquerda) e Luis Henrique da Silveira Lacerda.

Os sócios da SBPMat Sérgio Ricardo de Lázaro (professor da UEPG) e Luis Henrique da Silveira Lacerda (doutorando no UEL/UEPG/UNICENTRO) são autores do livro “Teoria do Funcional da Densidade e Propriedades dos Materiais”, publicado pela editora CRV. O livro tem coautoria de Renan Augusto Pontes Ribeiro, também doutorando do programa. A Teoria do Funcional da Densidade é baseada na Mecânica Quântica e foi aplicada na área de Química de Materiais.

Sócia da SBPMat é editora de livro da Elsevier sobre nanoestruturas fotônicas.


Prof. Luciana R. Pires Kassab
Prof. Luciana R. Pires Kassab

A professora Luciana Reyes Pires Kassab (Faculdade de Tecnologia de São Paulo), sócia da SBPMat, é coeditora do livro Metal Nanostructures for Photonics. Publicado pela editora Elsevier, o livro aborda as propriedades e aplicações fotônicas de nanoestruturas metálicas, bem como as técnicas de preparo e caracterização desses materiais. A professora Luciana R. Pires Kassab editou o livro junto ao professor Cid Bartolomeu de Araujo (UFPE). Mais de 40 autores de diversos países assinam os 12 capítulos do livro.

Mais informações sobre o livro: https://www.elsevier.com/books/metal-nanostructures-for-photonics/pires-kassab/978-0-08-102378-5

Boletim da SBPMat – 75ª edição.


 

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Boletim da
Sociedade Brasileira
de Pesquisa em Materiais

Edição nº 75. 30 de novembro de 2018.
Artigo em Destaque

Experimentos realizados com pontos quânticos por cientistas da Unicamp revelaram uma situação na estrutura de bandas de energia dessas nanopartículas que nunca antes tinha sido observada em nenhum material. O estudo foi reportado na Nano Letters. Saiba mais.

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Cientista em Destaque

Entrevistamos Heinz von Seggern, professor da TU Darmstadt e ex-pesquisador da Bell Labs e da Siemens. Este destacado cientista alemão, cujas contribuições vão da pesquisa fundamental até a invenção de dispositivos, tem um histórico de interações com a comunidade brasileira de materiais, inclusive com o pioneiro Bernhard Gross. Saiba mais.

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Novidades dos Sócios SBPMat

  • O sócio Valmor Roberto Mastelaro (IFSC-USP) assumiu como editor do Journal of Alloys and Compounds. Saiba mais.

  • O sócio fundador Fernando Galembeck (Unicamp) ganha prêmio do Instituto Nanocell na área de Nanotecnologia. Saiba mais.

XVIII B-MRS Meeting/ Encontro da SBPMat
(Balneário Camboriú, SC, 22 a 26 de setembro de 2019)

Simpósios. Um grande número de propostas de simpósio foi recebido pela organização do evento. Em breve, será divulgada a lista dos simpósios aprovados.

Submissão de trabalhos. O cronograma para submissão de trabalhos será divulgado em breve.

Palestras plenárias e palestra memorial. Saiba quais serão as palestras plenárias desta edição do evento e quem proferirá a tradicional Palestra Memorial Joaquim da Costa Ribeiro. Veja aqui.

Organização. O chair do evento é o professor Ivan Helmuth Bechtold (Departmento de Física da UFSC) e o co-chair é o professor Hugo Gallardo (Departmento de Química da UFSC).

Expositores e patrocinadores. Empresas interessadas em participar do evento podem entrar em contato com Alexandre no e-mail comercial@sbpmat.org.br.

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Dicas de Leitura

  • Depois de compreender a relação entre microestrutura e propriedades em superliga metálica, cientistas aplicam tratamento que deixa esse material ainda mais forte e resistente a altas temperaturas, possibilitando seu uso em geradores elétricos e reatores nucleares (paper da Science Advances). Saiba mais.

  • Cientistas acham evidência experimental de que material bidimensional CrI3 pode se comportar como isolante topológico magnético sem ter campo magnético externo, e apontam possibilidade de uso do material em spintrônica (paper do Physical Review X). Saiba mais.

  • Inspirado nas folhas das plantas, polímero com rede de microcanais pelos quais circulam fluidos regula a própria temperatura e gera energia termoelétrica, prometendo aplicações em saúde, construção civil, indústria aeroespacial e mais (paper da Scientific Reports). Saiba mais.

  • Cientistas desenvolvem ferramenta de microscopia eletrônica de transmissão que permite estudar a interação de luz e matéria em partículas individuais, na escala nano, em tempo real e com alta resolução (paper da Scientific Reports). Saiba mais.

Oportunidades

  • Bolsas Fapesp para doutorado direto em Eletroquímica Ambiental. Saiba mais.

  • Inscrições para o mestrado e doutorado em Nanotecnologia da COPPE/UFRJ. Saiba mais.

  • Bolsa Fapesp para pós-doutorado no IQSC da USP. Saiba mais.

  • Bolsa PNPD/CAPES para pós-doutorado no POSMAT da Unesp. Saiba mais.

  • Pós-doutorado no PPGCEM da UFRN. Saiba mais.
  • Pós-Doutorado em perovskitas de haleto na UFABC com bolsa FAPESP. Saiba mais.

  • Seleção de professores visitantes e visitantes estrangeiros na Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA). Saiba mais.
  • Seleção de professores pesquisadores para o PPGCEM – UNESC. Saiba mais.

Eventos

  • 3rd International Brazilian Conference on Tribology (TriboBR 2018). Florianópolis, SC (Brasil). 3 a 5 de dezembro de 2018. Site.

  • III Workshop on Environmental Nanotechnology e I Festival de Química. Sorocaba, SP (Brasil). 5 a 8 de dezembro de 2018. Site.

  • II Simpósio Nacional de Nanobiotecnologia (IISNNB). São Bernardo do Campo, SP (Brasil). 6 e 7 de dezembro de 2018. Site.
  • VII Curso de Análise de Minerais/Minérios pelas Técnicas de DRX e FRX. Fortaleza, CE (Brasil). 10 a 14 de dezembro de 2018. Site.

  • International Workshop on Advanced Magnetic Oxides (IWAMO 2019). Aveiro (Portugal). 15 a 17 de abril de 2019. Site.

  • 2019 E-MRS Spring Meeting e IUMRS – ICAM. Nice (França). 27 a 31 de maio de 2019. Site.

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Featured scientist: Prof. Heinz von Seggern (TU Darmstadt).


Prof. Heinz von Seggern.
Prof. Heinz von Seggern.

In the late 1970s, when he was a doctoral student, German scientist Heinz von Seggern came to Brazil for the first time and met some local researchers with whom he still collaborates. His host was Bernhard Gross, another German scientist who settled in Brazil and is considered a pioneer of materials research in the country. This was the beginning of a series of scientific visits of Heinz von Seggern to Brazil, which included the participation in five B-MRS Meetings, the annual events of the Brazilian Materials Research Society. In the last edition of the event, Prof. Heinz von Seggern gave a plenary lecture on ferroelectrets.

Heinz von Seggern graduated in physics from the University of Hannover (Germany) in 1976. He received his PhD degree in electrical engineering from the Technical University of Darmstadt (Germany) in 1979. His thesis advisor was Prof. Gerhard Sessler, one of the inventors of the electret microphone, the most common type of microphone in use today. After that, Heinz von Seggern became a postdoc and then a principal investigator at AT&T Bell Laboratories (USA). From 1985 to 1997 he worked at Siemens research center in Erlangen (Germany), starting as a principal investigator and then being promoted to department head. Since 1997, he is Full Professor at the Technical University of Darmstadt, where he leads the Electronic Materials Group.

Throughout four decades of scientific research, Heinz von Seggern has made important contributions to the field of materials in understanding fundamental phenomena, developing analysis techniques and applications, and inventing devices. He has published over 280 scientific papers in peer-reviewed journals with more than 7.800 citations, and his h-index is 46 (Google Scholar).

See our interview with this scientist.

B-MRS Newsletter: – What motivated you to become a scientist and, particularly, a materials scientist?

Heinz von Seggern: – Already as a high school student my main interest was directed towards natural science. This passion was strongly motivated by one of my teachers who really understood to ignite my love for this field. So it was a natural thing for me to study physics, however, I always kept in touch with mathematics and chemistry. After finishing my diploma in physics at the Technical University of Hannover, I started my PhD work at the Technical University of Darmstadt in the electrical engineering department and two and a half years later I received my doctoral degree in electrical engineering. The following four out of five years I spend at Bell Laboratories in Murray Hill, New Jersey, USA whose fabulous working conditions made my bonds to science even stronger. My path to materials science started with my return to the Corporate Research Laboratories of Siemens AG in Erlangen where I spend 12 years before being appointed as full professor at the Technical University of Darmstadt, Germany. In the time at Siemens my work was focused on more practical aspects of science which I started to be increasingly interested in. The ability to change and adapt material properties to practical demands, which is the basic task of materials science, fascinated me more and more.

B-MRS Newsletter: – In your opinion, what are your main contributions to the materials field? Please, select a couple of discoveries/developments, describe them briefly, describe the context in which they were developed, and share the papers or patents references.  

Heinz von Seggern: – Since I have been working on different subjects it is not so easy to point out my or our major contributions to the materials field. I will concentrate on one discovery or development in each field. Let’s start with my PhD study. My task was to understand the charge transport and electronic trap structure of Teflon FEP thin films to back up the lifetime expectation of electret microphones. I discovered by means of thermally stimulated discharge measurements that Teflon FEP contains two different types of energetically deep electron traps which are located near the surface and in the bulk of the films, respectively. This discovery was made possible by comparing TSD results of corona and electron beam charged samples whereby corona charging leads to filling of traps close to the surface and electron-beam charging allowed for deposition of charge into surface and bulk traps dependent on the utilized electron energy. From this finding a charge transport model was developed depending on the initial location of the electrons after charging. The model is based on trapping and thermally induced release. In case of corona charging the transport is initiated by a thermally induced release of electrons from surface traps and a subsequent capture and release by deeper bulk traps [Ref: H. von Seggern, J. Appl. Phys. 50, 7039 (1979), Heinz von Seggern, J. Appl. Phys. 50, 2817 (1979)]. The morphological reason for the different trap depth of surface and bulk can be seen in the film production process where different cooling rates apply to the surface and the bulk of the films.

After finishing my PhD degree I continued this research at Bell Laboratories investigating the transport of positive charges. In contrast to the electron traps, hole traps are relatively shallow and are distributed through the complete film. Once filled they empty relatively fast already at room temperature. On the other hand the number to energetically deep traps was found to be rather small resulting in a low capture rate. This implies that holes have a high probability to penetrate the film via hopping through shallow traps without being captured by deep traps which implies a rather low charge stability of Teflon FEP for holes. We were able to show that this problem can be circumvented by charging at high temperatures filling only deep traps [H. von Seggern, J. West, J. Appl. Phys. 55, 2754 (1984)]. This charge stabilization for positive charges recently became important with respect to so called piezoelectrets where by symmetry breaking a novel piezoelectric material was generated utilizing only nonpolar components. For these devices the stability of both charge types is essential.

During my time at the Corporate Research Labs of Siemens AG in Erlangen the field of interest changed to x-ray storage phosphors which are currently applied in so called image plates used commercially in x-ray diagnostics. The image plate thereby combines the classically utilized silver halide film and the intensifying screen where latter was applied to convert incoming x-rays to visible photons which are then detected by the photographic silver halide film. The working principle of the image plate is that by x-ray exposure electrons and holes are generated and trapped as F-centers and Vk-centers, respectively. Readout occurs by photostimulation of the electron and radiative recombination with the Vk-center. The released energy is then converted to a rare earth ion which emits light at its characteristic wavelength. Thereby the intensity of the emitted photons is indicative for the locally absorbed x-ray dose. My major contribution to this field was the discovery of the basic working principle of these photostimulable phosphors and the existence of spatially correlated and uncorrelated PSL centers which allowed for a deeper insight into the physics of storage phosphors [H. von Seggern et al., J. Appl. Phys. 64, 1405 (1988)]. Another contribution was the invention of neutron image plates fabricated by mixing an effective neutron absorber to the granular storage phosphor particles [T. Bücherl, H. von Seggern et al., Nucl. Instr. Meth. A333, 502 (1993)]. This technique is still widely used in neutron image detection.

After accepting the position as full professor in Materials Science at the Technische Universität Darmstadt I concentrated my efforts on the field of Organic Electronics which I already started at Siemens some years before. In the first years we focused on the energetic trap distribution of organic semiconductors. We were the first to experimentally prove the existence of a Gaussian trap distribution predicted earlier by Bässler et al. through Monte Carlo simulation. The experimental method used a refined thermally stimulated discharge technique known as fractional discharge, where a stepwise increase in temperature combined with the corresponding thermal release of charge allows one to determine the trap distribution which up to now is the only technique known to directly determine the distribution of traps  [N. von Malm et al., J. Appl. Phys. 89, 5559 (2001); R. Schmechel et al., Phys. Stat. Sol. (a) 201, 1215 (2004)]. The largest scientific attention we received, however, for the invention of the organic light emitting transistor (OFET) based on tetracene and a polyfluorene derivative. In such OFETs it was shown to be possible to obtain ambipolar transport by injection of electrons and holes from source and drain, respectively [A. Hepp, H.von Seggern et al., Phys. Rev. Let. 157406, 1 (2003); M. Ahles, H. von Seggern et al., Appl. Phys. Let. 84, 428 (2004)].  It was also shown that the same ambipolar transport can be used to construct colour tunable OFETs [E. J. Feldmeier, H. von Seggern et al., Adv. Mater 22, 3568 (2010)] where the motion of the emissive recombination zone through the transistor channel is used to excite different overlaying organic semiconductors with different emission wavelength.

In the last years at TU Darmstadt I have revisited charge storage in organic polymers known as ferro- or piezoelectrets. The cellular polymer polypropylene has shown by Finnish scientists to exhibit large piezoelectric d33 coefficients after poling by high electric fields with the only disadvantage that the trapped charge turned out to be thermally unstable. Therefore structures changed quickly to Teflon based sandwiches of solid FEP /ePTFE/ solid FEP, where ePTFE is a highly porous PTFE consisting of up to 98% air, and later to completely air filled structures. My contribution to that field is the physics explaining the hysteresis and thereof the deduction of the maximal stable polarization which then allows for the theoretical deduction of the piezoelectric d33 coefficient for plane-parallel structures. This knowledge allows for the optimization of the piezoelectric effect and therewith increases the potential for future applications [S. Zhukov, H. von Seggern et al., J. Appl. Phys. 102, 044109 (2007); S. Zhukov, H. von Seggern et al., Scientific reports 8, 4597 (2018)].

B-MRS Newsletter: – Please make a brief story of your interaction with Brazil and with Prof Bernhard Gross.

Heinz von Seggern: – During my PhD work at TU Darmstadt Prof. Gross was a frequent guest of Prof. G.M. Sessler, my thesis adviser. Before my final PhD defense he invited me to visit the Institute of Physics of the University of Sao Paulo (USP) in Sao Carlos. Here I met all the people with whom I am still in contact and friendship with, namely Roberto M. Faria and Jose A. Giacometti who in the meantime have become established professors at USP. After finishing my PhD study I went to Bell Laboratories, Murray Hill, NJ. where Profs. Gross and Sessler were welcomed guest almost every year. The collaboration was extremely fruitful and resulted in a number of joint publications. In 1984 I then left Bell Labs and started to work at Siemens Corporate Research on different topics for the next 12 years and naturally the collaboration was at rest. But as soon as I became appointed Professor at TU Darmstadt I revitalized my connection to the Institute of Physics of Sao Carlos, whose polymer group is now called Grupo de Polimeros “Prof. Bernhard Gross”. From that year on I visited initially Prof. Giacometti and later Prof. Faria almost yearly for up to two month financed generously by FAPESP through various programs. These stays were always very enjoyable and busy, and quite a few publications have resulted.

B-MRS Newsletter: – How many times did you attend the B-MRS Meetings? Do you remember when was the first time?

Heinz von Seggern: – In total I have attended five Brazilian MRS meetings starting in Natal 2007, Florianopolis 2012, Joan Pessoa 2014, Rio de Janeiro 2015 and again Natal in 2017. My first stay in Natal 2007 I remember especially since I was allowed to present our work in front of a great audience on the recently discovered light emitting organic field effect transistor and, on a more personal note, I also remember the wonderful Caipirinha my wife and me were enjoying every evening during sunset at the ocean side.

B-MRS Newsletter: – You have about 40 years of strong experience as a researcher. Please leave a short message with some advice for the students and junior scientists of our community. 

Heinz von Seggern: – In the context of scientific education Prof. Bernhard Gross once said to me: “For someone who knows nothing, everything is possible.” There is a lot of truth in these few words. We all tend to sometimes talk about things that seem to be obvious to us but in reality they are not. My advice therefore is, especially to young scientists, to always ask yourself whether you understand the physical and/or chemical grounds of your current research. If not I suggest to you to acquire the missing basics, which then allows you to select from “everything is possible” the physical meaningful trials. This will definitely help you to make the right decisions to continue your research in a meaningful way.

Artigo em destaque: Pontos quânticos com regras únicas.


O artigo científico com participação (liderança) de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Evidence of Band-Edge Hole Levels Inversion in Spherical CuInS2 Quantum Dots. Gabriel Nagamine, Henrique B. Nunciaroni, Hunter McDaniel, Alexander L. Efros, Carlos H. de Brito Cruz, and Lazaro A. Padilha. Nano Lett., 2018, 18 (10), pp 6353–6359. DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b02707.

Pontos quânticos com regras únicas

glossarioUm trabalho liderado por pesquisadores da Unicamp revelou surpreendentes novidades sobre as regras que determinam os níveis de energia dos elétrons em pontos quânticos de dissulfeto de cobre e índio (CuInS2), os quais se destacam na família dos pontos quânticos por serem atóxicos. O trabalho foi recentemente reportado no periódico científico Nano Letters (fator de impacto 12,08).

Os resultados do estudo, confirmados por métodos experimentais e teóricos, mostraram uma situação na estrutura de bandas de energia que nunca antes tinha sido observada em outros materiais.

Diagrama simplicado da estrutura de bandas de um semiconductor. https://en.wikipedia.org/wiki/Valence_and_conduction_bands#/media/File:Semiconductor_band_structure_(lots_of_bands_2).svg
Diagrama simplicado da estrutura de bandas de um semiconductor. Link da fonte.

A estrutura de bandas é um modelo científico bem estabelecido que mostra quais estados ou níveis de energia os elétrons podem ocupar em um determinado material. Esses estados de energia são representados em forma de bandas permitidas (aquelas que os elétrons podem atingir) e bandas proibidas (aquelas em que os elétrons não podem ser encontrados).

Em semicondutores, as bandas de energia que são permitidas para um elétron e que determinam as propriedades de um material são a banda de valência e a de condução. Ambas estão separadas por uma banda proibida (band gap). Para que elétrons “pulem” da banda de valência à de condução, transpondo a banda proibida num processo denominado transição, é necessário que recebam energia extra, o que pode ocorrer quando o material absorve fótons. Ao perderem energia, esses elétrons podem voltar a ocupar seus lugares na banda de condução, e a energia excedente pode ser emitida em forma de fótons (luz). Essa emissão de luz decorrente da absorção de fótons é conhecida como fotoluminescência.

Foto dos estudantes Gabriel Nagamine (na frente) e Henrique Nunciaroni, os dois primeiros autores do paper, trabalhando no laboratório.
Foto dos estudantes Gabriel Nagamine (na frente) e Henrique Nunciaroni, os dois primeiros autores do paper, trabalhando no laboratório.

Fazendo experimentos no Laboratório de Fenômenos Ultrarrápidos do Instituto de Física Gleb Wataghin (UNICAMP), os pesquisadores brasileiros descobriram que os pontos quânticos que estavam estudando não seguiam as mesmas regras de transição que os demais materiais e nanomateriais semicondutores. “De forma geral, em semicondutores, bulk ou nanoestruturados, os estados que formam o topo da banda de valência e o fundo da banda de condução são tais que uma transição entre esses estados, por absorção de um fóton, é permitida”, contextualiza Lázaro Aurélio Padilha Junior, professor da UNICAMP e autor correspondente do artigo. “O que mostramos foi que, no material estudado (pontos quânticos de CuInS2), essa transição é proibida por absorção de um fóton, sendo necessária a interação com dois fótons para que essa transição ocorra. Até onde sabemos, esse é o primeiro sistema semicondutor que apresenta essa inversão de estados”, conta Padilha.

A descoberta, além de mostrar que as normas que regem os estados dos elétrons em semicondutores não valem para todos os materiais, pode ter impacto nas aplicações dos pontos quânticos estudados. De acordo com Padilha, as condições descobertas favorecem a emissão simultânea de dois fótons no material quando os elétrons voltam à banda de condução. “Isso poderia ser atrativo para sistemas lasers que emitiriam luz em duas cores distintas ao mesmo tempo, e com ajuste de cor em uma larga faixa espectral”, diz o professor. Além disso, acrescenta Gabriel Nagamine, primeiro autor do artigo, entender a estrutura de bandas do material pode melhorar o desempenho de aplicações já existentes, como os concentradores solares luminescentes – uma tecnologia que podem ser utilizadas tanto para gerar energia elétrica a partir da luz solar quanto para aumentar a produção de alimentos em estufas. “Todas essas aplicações advêm das características únicas das bandas eletrônicas desses materiais”, diz Nagamine.

História de um resultado experimental teoricamente anunciado

A história desta descoberta remonta ao ano de 2015, quando o professor Padilha, que trabalha com pontos quânticos desde 2010, seu aluno de mestrado Gabriel Nagamine e outros membros do grupo de pesquisa decidiram investir esforços em estudar os pontos quânticos de CuInS2. “Esse material chamou nossa atenção por não possuir metal pesado em sua composição, o que o tornava interessante para aplicações em Biologia e Medicina, como, por exemplo, marcadores biológicos fluorescentes”, conta Padilha. De fato, os pontos quânticos, que foram descobertos na década de 1980 e já estão presentes em produtos como telas de TV, apresentam propriedades muito interessantes para serem usados na detecção de doenças e outras aplicações na área de saúde, mas quase todos eles são tóxicos devido a sua composição química.

Esta figura mostra o espectro de absorção de dois fótons (pontos amarelos) e o espectro de absorção de um fóton (línea azul) em pontos quânticos de CuInS2 esféricos. As setas indicam os picos de absorção de dois fótons (setas amarelas) e de um fóton (seta azul). No canto superior esquerdo, há uma imagem de microscopia eletrônica de transmissão mostrando um dos pontos quânticos.
Espectro de absorção de dois fótons (pontos amarelos) e espectro de absorção de um fóton (línea azul) em pontos quânticos de CuInS2 esféricos. Setas: picos de absorção de dois fótons (setas amarelas) e de um fóton (seta azul). No canto superior esquerdo, imagem de MET mostrando um dos pontos quânticos.

A equipe da UNICAMP fez então uma colaboração com a empresa UbiQD, localizada em Los Álamos (Estados Unidos) e especializada na produção de pontos quânticos, pela qual a firma forneceu amostras de pontos quânticos esféricos e piramidais. A caracterização das amostras foi realizada parcialmente na empresa e também no Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do CNPEM, na cidade de Campinas (SP, Brasil).

Inicialmente, Padilha e sua equipe se propuseram a investigar quão forte era a absorção de dois fótons no material escolhido, já que esse processo óptico permite fazer imagens tridimensionais de material, que podem ser muito úteis na sua caracterização e também em sua aplicação em diversas áreas. Para isso, no início de 2016, a equipe realizou os experimentos principais do trabalho no IFGW-UNICAMP usando uma técnica de espectroscopia que permite detectar emissão de luz proveniente da absorção de dois fótons. “As primeiras medidas revelaram um pico de absorção de dois fótons a energias menores que as da absorção linear – fato nunca antes observado experimentalmente”, conta Padilha. “Achamos que poderia ser algum problema em nossa fonte laser e repetimos o experimento, obtendo os mesmos resultados”, relata. Esses resultados, que são exibidos na figura ao lado, surgiram dos experimentos realizados com pontos quânticos esféricos. Já nas amostras de pontos quânticos com formato de pirâmide, a predominância da absorção de dois fótons não foi observada.

Em maio do mesmo ano, Padilha encontrou-se com o Dr. Alexander Efros, do National Research Laboratory (EUA) em uma conferência na Coréia do Sul. “Ele, que é um dos mais respeitados teóricos que trabalham com estrutura eletrônica de pontos quânticos semicondutores, mencionou que havia feito uns cálculos que previam uma inversão na paridade dos estados nesses nanomateriais. Imediatamente notamos que eu tinha provado a teoria dele”, relata o professor da UNICAMP. Os cientistas começaram então a trabalhar juntos e a tentar entender outros aspectos do problema, até submeter o artigo à Nano Letters. O paper foi aceito em menos de dois meses.

A pesquisa que originou o artigo faz parte da dissertação de mestrado de Gabriel Nagamine, defendida em 2017 pelo IFGW-UNICAMP, e recebeu apoio financeiro de agências brasileiras de apoio à pesquisa (a paulista FAPESP e a federal CNPq), do serviço de apoio ao estudante (SAE) da UNICAMP e do Office of Naval Research (Estados Unidos).