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.
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
Um 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. 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.
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.
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).
O professor Galembeck, que tem um amplo histórico de atuação em pesquisa, desenvolvimento e inovação em materiais, é sócio fundador da SBPMat e foi destacado neste ano pela sociedade com a Palestra Memorial Joaquim da Costa Ribeiro.
Mastelaro, que é sócio da SBPMat desde 2006, é, no momento, o único pesquisador da América Latina no corpo editorial do periódico, formado por 44 pessoas.
Boletim da
Sociedade Brasileira
de Pesquisa em Materiais
Edição nº 74. 31 de outubro de 2018.
Notícias da SBPMat
A chamada de propostas de simpósio do XVIII B-MRS Meeting (Balneário Camboriú, 22 a 26 de setembro de 2019) permanecerá aberta até o dia 18 de novembro. Grupos de pesquisadores do Brasil ou do exterior que desejem organizar um simpósio no próximo evento anual da SBPMat devem preencher um breve formulário até esse dia. Saiba mais.
O Programa University Chapters (UCs) da SBPMat tem um novo coordenador, o professor Newton Martins Barbosa Neto (UFPA). Saiba quais são, na visão do coordenador, os desafios desta nova gestão do programa que constrói pontes entre a comunidade de materiais de hoje e do amanhã, aqui.
Está aberta até 9 de novembro a chamada de artigos para compor o volume especial dos Anais da Academia Brasileira de Ciências (AABC) intitulado “Materials Sciences for a Better Future”, realizado em parceria com a SBPMat. Pesquisadores da área de Materiais estão convidados a submeter seus trabalhos. Saiba mais.
Artigo em Destaque
Equipe brasileira de cientistas de Materiais e da Computação desenvolveu uma ferramenta computacional (uma rede neural artificial) que é capaz de predizer com eficácia uma importante propriedade dos vidros. O trabalho foi reportado no periódico científico Acta Materialia e deve tornar mais rápido e barato o trabalho de pesquisa e desenvolvimento de vidros. Saiba mais.
Pesquisadores em Destaque
Entrevistamos os autores de quatro pesquisas de doutorado em temas de materiais (biossensores para detecção de doenças e espectroscopia de materiais de baixíssimas dimensões) que foram selecionadas para receber o Prêmio Capes de Tese 2018. Conheça estes destacados doutores recém-formados e seus trabalhos de alto impacto científico e social, aqui.
Novidades dos Sócios SBPMat
O sócio fundador Sergio Rezende (UFPE) é autor de artigo na seção News & Views da Nature sobre materiais antiferromagnéticos e spintrônica, no qual comenta descobertas recentes sobre o assunto. Saiba mais.
O sócio fundador Elson Longo (UFSCar e UNESP), junto a colaboradores, apresentou no Congresso da Argentina um projeto de dispositivo para aquecedores a gás, baseado em sensores desenvolvidos pela equipe, que interrompe a saída de gases tóxicos e explosivos quando detecta níveis perigosos no ambiente – problema que causa mais de 250 mortes e 2.000 intoxicações anuais nesse país. Saiba mais.
O sócio fundador Angelo Fernando Padilha (EPUSP) recebeu a Medalha Carneiro Felippe, distinção da CNEN para personalidades que se destacaram no desenvolvimento de aplicações pacíficas da energia nuclear. Saiba mais.
O sócio Victor Carlos Pandolfelli (UFSCar) é coautor de 2 dos 3 trabalhos premiados em congresso de materiais refratários realizado na Colômbia. Saiba mais.
Dicas de Leitura
Dupla de cientistas que inclui uma jovem física brasileira descobre possibilidade de controlar propriedades eletrônicas do grafeno por meio de campos elétricos (paper de capa da Physical Review Letters). Saiba mais.
Cientistas conseguem imitar a natureza ao produzir materiais baseados em peptídeos, capazes de formar e desfazer estruturas, mudando assim suas propriedades. As estruturas são particularmente interessantes para a medicina (paper da Science). Saiba mais.
Usando um supercomputador, cientistas predizem as propriedades de materiais bidimensionais híbridos (orgânico-inorgânico) de estrutura perovskita, visados para células solares e LEDs (paper da Physical Review Letters). Saiba mais.
Oportunidades
Chamada de programa da União Europeia para estudantes brilhantes que desejem fazer doutorado em institutos de pesquisa de Barcelona (Espanha) em materiais avançados funcionais.Saiba mais.
Chamada do Instituto Serrapilheira para jovens cientistas de instituições brasileiras que queiram desenvolver projetos criativos, inovadores e audaciosos.Saiba mais.
Inscrições para mestrado e doutorado em Engenharia de Materiais e de Processos Químicos e Metalúrgicos na PUC-Rio. Saiba mais.
Inscrições para mestrado em Física de Materiais na UFOP.Saiba mais.
Inscrições para mestrado e doutorado em Materiais na Unesp Ilha Solteira.Saiba mais.
Inscrições para mestrado e doutorado em Física e Química de Materiais da UFSJ. Saiba mais.
Inscrições para mestrado e doutorado em Materiais na USP. Saiba mais.
Inscrições para mestrado e doutorado em Materiais na UNESP. Saiba mais.
Inscrições para mestrado e doutorado em Física na UFSC. Saiba mais.
Concursos para cargo de professor titular no IF da USP.Saiba mais.
Eventos
São Paulo School of Advanced Science on Colloids (SPSAS Colloids). Campinas, SP (Brasil). 28 de outubro a 7 novembro de 2018.Site.
XIII Simpósio de Lasers e Suas Aplicações (XIII SLSA). Recife, PE (Brasil). 30 de outubro a 2 de novembro de 2018. Site.
International Conference of Young Researchers on Advanced Materials (ICYRAM 2018). Adelaide (Austrália). 4 a 8 de novembro de 2018.Site.
6th Meeting on Self Assembly Structures In Solution and at Interfaces. São Pedro, SP (Brasil). 7 a 9 de novembro de 2018. Site.
3rd International Brazilian Conference on Tribology (TriboBR 2018). Florianópolis, SC (Brasil). 3 a 5 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.
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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.
O professor Newton Martins Barbosa Neto, da Universidade Federal do Pará (UFPA) é o novo coordenador do Programa University Chapters (UCs) da SBPMat. Ele sucede nessa função ao professor Rodrigo F. Bianchi, que coordenou o programa desde sua criação em 2014.
O objetivo do programa UCs é congregar equipes de estudantes de pós-graduação e graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais e áreas afins, e incentivar e apoiar essas equipes para que realizem atividades complementares à sua formação universitária, como a organização de eventos e a interação com grupos similares do Brasil e do exterior. Oito unidades de UCs foram criadas dentro da SBPMat até o momento.
A diretoria da SBPMat deseja um bom trabalho ao professor Barbosa Neto e agradece ao professor Bianchi pelo trabalho realizado.
Palavras do novo coordenador (Newton Martins Barbosa Neto)
“Assumir a coordenação do programa de University Chapters (UCs) da SBPMat é para mim uma tarefa de grande responsabilidade. Os UCs são pontes necessárias e estratégicas entre a comunidade de materiais de hoje e a do amanhã pois proporcionam aos estudantes, dentro do espírito do aprender fazendo, a oportunidade para evoluir através da troca de experiência e da discussão sobre os problemas relacionados à pesquisa em materiais. Outro aspecto importante dos UCs é que estes dão aos estudantes a oportunidade de desenvolver habilidades de trabalho em equipe, aspecto mais que necessário aos líderes do amanhã em especial em uma área multidisciplinar como a de materiais. É com este espírito, e contando com a participação de nossa comunidade, no Brasil e ao redor do mundo, que acredito no desenvolvimento de um bom trabalho nos próximos anos que venha a dar continuidade ao que já foi feito.
Dentre os principais desafios que temos pela frente temos: 1) Continuar com a política de criação de novos UCs, 2) Promover o aumento de interação entre estes e 3) Organizar de forma efetiva os campos de ação dos UCs. O UCs tem grande potencial de ação em atividades tais como: divulgação científica, promoção de eventos, formação de futuros pesquisadores, dentre outros. Todas essas coisas precisam ser feitas de forma cada vez mais eficiente e sinergética, extraindo o maior número de resultados com o mínimo de recursos disponíveis. Em outras palavras, precisamos fazer o que já fazemos como cientistas de materiais em nossos laboratórios”.
A lista com os nomes dos vencedores do Prêmio Capes de Tese 2018 foi divulgada no início deste mês de outubro. O prêmio distingue os autores das melhores teses de doutorado defendidas em 2017 em programas de pós-graduação de instituições brasileiras. A cerimônia de entrega dos prêmios ocorrerá no dia 13 de dezembro, em Brasília.
O Boletim da SBPMat entrevistou alguns dos vencedores, premiados por trabalhos realizados sobre temas da área de Materiais. Conheça estes jovens doutores e os trabalhos deles.
Entrevista com Andrey Coatrini Soares, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Materiais.
Orientador: Osvaldo Novais de Oliveira Junior (Instituto de Física de São Carlos da USP – IFSC-USP).
Instituição:Programa Interunidades de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de São Paulo (USP).
Andrey Coatrini Soares
Andrey Coatrini Soares (natural de Aguaí – SP, 33 anos) começou a ganhar experiência em pesquisa já no primeiro ano da graduação em Física da USP, quando começou seu estágio de iniciação científica, que acabou só no final da licenciatura, em 2010. Depois, ele optou por fazer mestrado e, na sequência, doutorado, ambos no programa Interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais da USP. Tanto na iniciação quanto no mestrado e, finalmente, no doutorado, ele teve orientação do professor Osvaldo Novais de Oliveira Junior, e trabalhou com filmes nanoestruturados com aplicações na área de saúde. “Ingressar na iniciação científica logo no primeiro ano de graduação e poder trabalhar com pesquisadores que são referência na área foi crucial para acumular experiência na área do tema da tese”, diz o vencedor do prêmio da Capes, que continua trabalhando com filmes nanoestruturados para saúde, agora como bolsista de pós-doutorado no IFSC-USP.
Em sua pesquisa de doutorado, Soares conseguiu desenvolver um sensor de baixo custo, fabricado com materiais de fontes renováveis, que detecta em 8 minutos o câncer de pâncreas, A pesquisa foi realizada no Grupo de Polímeros Prof. Bernhard Gross do IFSC-USP, em parceria com o Centro de Pesquisa em Oncologia Molecular do Hospital de Câncer de Barretos, e com o Laboratório de Microfabricação do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). “A junção da experiência na área clínica da equipe de Barretos, a experiência na área de fotolitografia/dispositivos da equipe do CNPEM, e a experiência em biossensores e filmes finos da equipe de São Carlos permitiu uma seleção rígida de quais tipos de materiais seriam utilizados, os tipos de dispositivos a serem testados e, principalmente, qual tipo de câncer seria detectado”, diz Soares.
Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a contribuição mais relevante da tese premiada?
Eletrodo interdigitado de Au funcionalizado com anticorpos Anti CA-19 para detecção precoce de câncer de pâncreas.
Andrey Coatrini Soares: – O maior problema para o diagnóstico do câncer de pâncreas é a característica silenciosa da doença; ou seja, o tumor só é detectado num estágio avançado da mesma. Por isto, este tipo de câncer possui a maior taxa de mortalidade dentre todos os cânceres (99,3% segundo dados da Agência Internacional de Pesquisa em Câncer, IARC). Além disto, o custo atual do diagnóstico comercial somado ao tempo de detecção do mesmo (aproximadamente 40 minutos) não são aliados do paciente. Estes foram os principais fatores que induziram a nossa escolha para desenvolvermos um biossensor miniaturizado, de baixo custo e rápida detecção, que pudesse ser implementado em consultórios e hospitais, permitindo que o corpo clínico, por exemplo, tome decisões relativas ao tratamento do paciente ou analise a eficiência da quimioterapia sem a necessidade do uso de diagnósticos invasivos.
Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.
Andrey Coatrini Soares: – O trabalho da tese de doutoramento desenvolveu um diagnóstico de baixo custo, usando materiais biocompatíveis e biodegradáveis, de fontes renováveis, tais como a quitosana (presente no exoesqueleto de camarão) e a concanavalina A (proteína extraída das sementes da Fruta Pão). A versatilidade destes biossensores permite que os mesmos possam ser implantados nos pacientes para rastreio em tempo real dos biomarcadores presentes no sangue. Cada teste tem um custo de R$ 5,00-6,00, que detecta o câncer de pâncreas em apenas 8 min, usando apenas 10µL de sangue. A tese foi também laureada com o prêmio Tese Destaque USP 2018 na área multidisciplinar, além de gerar, até o momento, dois trabalhos publicados nas revistas ACS Applied Materials and Interface e Analyst, um artigo em preparação, e mais 5 trabalhos em colaboração com pesquisadores que participaram da tese, que relatam o desenvolvimento de outros biossensores para detecção de câncer de mama, câncer de cabeça e pescoço e HPV. Tais resultados vêm sendo amplamente divulgados na mídia (Portal G1, Revista Pesquisa FAPESP, Agência FAPESP, Portal Onconews,). Além disto, uma patente está em desenvolvimento e futuramente será depositada. Os trabalhos estão listados abaixo:
Soares, A. C.; Soares, J. C.; Shimizu, F. M.; Rodrigues, V.C.; Awan, I.T.; Melendez, M.E.; Piazzetta, M.H.O.; Gobbi, A.L.; Reis, R.M.; Fregnani, J.H.T.G.; Carvalho, A. L.; Oliveira Junior, O. N. A simple architecture with self-assembled monolayers to build immunosensors for detecting the pancreatic cancer biomarker CA19-9. Analyst 2018, 143, 3302-3308.
Soares, A. C.; Soares, J. C.; Shimizu, F. M.; Melendez, M. E.; Carvalho, A. L.; Oliveira, O. N. Controlled Film Architectures to Detect a Biomarker for Pancreatic Cancer Using Impedance Spectroscopy. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7 (46), 25930–25937. DOI: 10.1021/acsami.5b08666
Soares, A. C.; Soares, J. C.; Rodrigues, V.C.; Follmann, H. D. M.; Arantes, L.M.R.B.; Carvalho, A. C.; Melendez, M.E.; Reis, R.M.; Fregnani, J.H.T.G.; Carvalho, A. L.; Oliveira Junior, O. N. Microfluidic-Based Genosensors to Detect HPV16 in Head and Neck Cancer. ACS Applied Materials and Interfaces 2018.
Thapa, A.; Soares, A. C.; Soares, J. C.; Awan, I. T.; Volpati, D.; Melendez, M. E.; Fregnani, J. H. T. G.; Carvalho, A. L.; Oliveira, O. N. Carbon Nanotube Matrix for Highly Sensitive Biosensors To Detect Pancreatic Cancer Biomarker CA19-9. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9 (31), 25878–25886
Rodrigues, V.C; Comin, C. H.; Soares, J. C.; Soares, A. C. et al. Analysis of Scanning Electron Microscopy Images To Investigate Adsorption Processes Responsible for Detection of Cancer Biomarkers. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9 (7), 5885-5890.
Soares, J. C.; Iwaki, L. E. O.; Soares, A. C. et al. Immunosensor for Pancreatic Cancer Based on Electrospun Nanofibers Coated with Carbon Nanotubes or Gold Nanoparticles. ACS Omega 2017, 2 (10) 6975-6983.
Soares, J. C.; Soares, A. C.; Raymundo-Pereira, P. A. et al. Adsorption according to the Langmuir–Freundlich model is the detection mechanism of the antigen p53 for early diagnosis of cancer. RSC Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 8412-8418.
Soares, J. C.; Shimizu, F. M.; Soares, A. C.; Caseli, L.; Ferreira, J.; Oliveira, O. N. Supramolecular Control in Nanostructured Film Architectures for Detecting Breast Cancer. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7 (22), 11833–11841.
Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?
Andrey Coatrini Soares: – Trabalho em equipe, dedicação integral, além do financiamento da CAPES e FAPESP! No nosso trabalho tivemos a participação de 12 pesquisadores/colaboradores em diferentes áreas do conhecimento, desde engenheiros de materiais, químicos, físicos, médicos, geneticistas e biólogos. Meus sinceros agradecimentos a todos eles: Prof. Osvaldo Novais de Oliveira Junior, meu orientador e mestre, Dra. Juliana Coatrini Soares, Dra. Valquiria da Cruz Rodrigues, Dr. Flavio Makoto Shimizu, Dra. Maria Helena Piazzetta, Dr. Rui Murer, Dr. Angelo Luiz Gobbi, Dr. Matias Melendez, Dra. Lidia Rebolho Arantes, Dr. Rui Reis, Dr. José Humberto Fregnani e Dr. André Lopes Carvalho, além do Dr. Rodrigo Marques de Oliveira e André Brisolari, responsáveis por orientar os primeiros passos na ciência. O destaque nacional alcançado pelo trabalho é unicamente o fruto do esforço de toda a equipe, competente e coesa, que busca, de alguma forma, retornar à população o investimento feito em nossa formação, através de um produto que seja acessível à todas as camadas da sociedade.
Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.
Andrey Coatrini Soares: – Ingressar na área acadêmica é ter ciência que praticamente todo o aprendizado será construído principalmente pelas perguntas que você fará, pelos erros que cometerá tentando respondê-las e como você lidará com desafios que o trabalho irá impor a você. É neste crescimento que aprendemos a lidar com a pressão diária por resultados e a enfrentar todos os obstáculos técnicos do trabalho. Certamente, a satisfação de vencer cada obstáculo juntamente com a satisfação de contribuir com a ciência em um país que não valoriza os pesquisadores, superam todas as dificuldades vividas durante o período do doutorado. Por isso, valorizar cada momento de trabalho individual ou em grupo, cada conversa com o orientador e, principalmente, valorizar suas conquistas, mesmo que sejam mínimas, é muito importante. E nunca deixar os momentos de lazer em segundo plano!
Entrevista com Bruno Ricardo de Carvalho, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Astronomia/Física.
Orientador: Marcos Assunção Pimenta (Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG)
Coorientadores: Cristiano Fantini Leite (Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG) e Mauricio Terrones (The Pennsylvania State University).
Instituição: Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).
Bruno Ricardo de Carvalho
Bruno Ricardo de Carvalho (natural de Cuiabá – MT, 29 anos) sempre gostou de óptica. Quando era uma criança, queria saber por que o céu é azul, como se forma o arco-íris…. Entretanto, até poucos anos atrás, ele não imaginava que se tornaria um doutor na área de espectroscopia óptica.
Carvalho fez graduação e mestrado em Física na Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT). Durante o mestrado, orientado pelo professor Jorge Luiz Brito de Faria, começou a estudar nanomateriais bidimensionais por meio de simulações computacionais. Instigado pelo desejo de analisar experimentalmente esses materiais, ele decidiu fazer o doutorado na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) com a orientação do professor Marcos A. Pimenta, que era autor de interessantes artigos que Carvalho tinha lido sobre análise de nanomateriais pela técnica de espectroscopia Raman ressonante. Dessa maneira, trabalhando no Laboratório de Espectroscopia Raman da UFMG, Carvalho obteve os principais resultados da tese premiada.
Assim que iniciou o doutorado, Carvalho demonstrou interesse em realizar um estágio no exterior para conhecer como era a interação com outros grupos de pesquisa e, tal interesse foi expressado ao seu orientador. Assim, ao completar dois anos de doutorado, Carvalho se mudou para a cidade de State College nos Estados Unidos, onde passou um ano participando de vários projetos de pesquisa sobre materiais bidimensionais e suas aplicações, na famosa Universidade Estadual da Pensilvânia, sob orientação do professor Mauricio Terrones. “Foi um ano bem árduo de total dedicação e foco, mas também bem produtivo”, diz Carvalho, lembrando dos artigos gerados nesse período e publicados em periódicos de alto impacto, com repercussão em sites de divulgação científica internacionais, e das colaborações com grupos de pesquisa teóricos e experimentais. Atualmente Bruno de Carvalho é professor adjunto do Departamento de Física Teórica e Experimental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).
Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a contribuição mais relevante da tese premiada?
Modelo molecular de uma monocamada de MoS2 excitado por um laser verde. A luz vermelha após a interação elétron-fônon.
Bruno Ricardo de Carvalho: – A principal contribuição seria o modelo de dupla ressonância que propomos para explicar como uma banda Raman, conhecida como 2LA no MoS2, no qual é originada por um processo de espalhamento entre vales. O novo modelo apresentado para explicar tal processo pode ser estendido para outros sistemas bidimensionais. Este era um tópico aberto por mais de 30 anos na comunidade cientifica, no caso do material estudado na tese, e fomos capazes de propor uma explicação.
Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.
Bruno Ricardo de Carvalho: – Na tese queríamos demonstrar que tínhamos um problema específico e que o resolvemos. Assim, o estudo de espectroscopia Raman ressonante em MoS2 foi o foco da tese de doutoramento. Este trabalho gerou os dois principais artigos da tese:
Carvalho, Bruno R.; Malard, Leandro M.; Alves, Juliana M.; Fantini, Cristiano; Pimenta, Marcos A.; Symmetry-Dependent Exciton-Phonon Coupling in 2D and Bulk MoS2 Observed by Resonance Raman Scattering. Physical Review Letters 114 (13), 136403 (2015).
Carvalho, Bruno R.; Wang, Yuanxi; Mignuzzi, Sandro; Roy, Debdulal; Terrones, Mauricio; Fantini, Cristiano; Crespi, Vincent H.; Malard, Leandro M.; Pimenta, Marcos A.; Intervalley scattering by acoustic phonons in two-dimensional MoS2 revealed by double-resonance Raman spectroscopy. Nature Communications 8, 14670 (2017).
Outros artigos que também foram mencionados na tese incluem:
Pimenta, Marcos A.; del Corro, Elena; Carvalho, Bruno R.; Fantini, Cristiano; Malard, Leandro M.; Comparative Study of Raman Spectroscopy in Graphene and MoS2-type Transition Metal Dichalcogenides. Accounts of Chemical Research 48 (1), 41-47 (2015).
Feng, Simin; dos Santos, Maria C.; Carvalho, Bruno R.; Lv, Ruitao; Li, Qing; Fujisawa, Kazunori; Elías, Ana Laura; Perea-López, Nestor; Endo, Morinobu; Pan, Minghu; Pimenta, Marcos A.; Terrones, Mauricio; Ultrasensitive molecular sensor using N-doped graphene through enhanced Raman scattering. Science Advances 2 (7), e1600322 (2016).
Carozo, Victor; Wang, Yuanxi; Fujisawa, Kazunori; Carvalho, Bruno R.; McCreary, Amber; Feng, Simin; Lin, Zhong; Zhou, Chanjing; Perea-Lopez, Nestor; Elias, Ana Laura; Kabius, Bernd; Crespi, Vincent H.; Terrones, Mauricio; Optical identification of sulfur vacancies: Bound excitons at the edges of monolayer tungsten disulfide. Science Advances 3 (4), e1602813 (2017).
Uma lista completa das minhas publicações pode ser encontrada no meu currículo Lattes.
Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?
Bruno Ricardo de Carvalho: – A infraestrutura do laboratório e da instituição onde realizei a pesquisa foi fundamental para o desenvolvimento do trabalho. A discussão com os meus mentores e o regime de colaboração, isso torna o trabalho mais robusto e elegante quando existem pessoas de pontos de vista distintos trabalhando em conjunto.
Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.
Bruno Ricardo de Carvalho: – Minha mensagem é que se dediquem ao que fazem. O doutorado é uma fase de intenso aprendizado e dedicação. Fazer ciência é ter uma postura sistemática, uma mente aberta, uma postura crítica e passar horas no laboratório. Isso tudo com esforço e dedicação, gera um trabalho que será reconhecido. E, muito mais do que isso, será um trabalho feito por você mesmo e isso, ao meu ver, é a melhor satisfação.
Entrevista com Henrique Bücker Ribeiro, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Engenharias IV.
Orientador: Eunézio Antonio de Souza (Universidade Presbiteriana Mackenzie).
Coorientador: Marcos Assunção Pimenta (Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG).
Instituição: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Presbiteriana Mackenzie.
Henrique Bücker Ribeiro
Henrique Bücker Ribeiro (natural de Belo Horizonte – MG, 36 anos) era um estudante do bacharelado em Física na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), quando, em 2004, começou a incursionar na análise de materiais de baixa dimensionalidade (aqueles cuja espessura vai de 1 átomo até poucos nanometros) por meio da técnica de espectroscopia Raman. Dentro de um estágio de iniciação científica, guiado pelo professor Marcos Pimenta, ele estudou nanotubos de carbono. Além de orientar Ribeiro nesse início de carreira, o professor Pimenta lhe apresentou dois professores da Universidade Presbiteriana Mackenzie, Eunézio Antonio de Souza e Christiano José Santiago de Matos. “Eles desempenharam e desempenham até agora, com Marcos, papeis insubstituíveis como mentores e amigos”, diz Ribeiro.
A partir desse contato, em 2014, Ribeiro começou o doutorado na Mackenzie. Ali, ele continuou estudando materiais de baixa dimensionalidade por meio de espectroscopia Raman. Ribeiro começou pelo grafeno bicamada (material formado por átomos de carbono, como os nanotubos) e depois continuou com fósforo negro e monocalcogenetos. Além da infraestrutura da Mackenzie, Ribeiro utilizou equipamentos da UFMG, CTNnano (Belo Horizonte), LNNano (Campinas), bem como centros de computação da Unesp e Unicamp. O trabalho de tese de Ribeiro não apenas gerou conhecimento sobre os materiais estudados, como também contribuiu a aperfeiçoar o uso da técnica de Raman para sondar esse tipo de materiais. Hoje, Ribeiro está em estágio de pós-doutorado na Universidade de Stanford com auxílio de uma bolsa FAPESP, onde continua estudando materiais de baixa dimensionalidade, mais precisamente, processos optoeletrônicos de semicondutores bidimensionais.
Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a contribuição mais relevante da tese premiada?
Henrique Bücker Ribeiro: – Acredito que a contribuição mais importante da tese foi explicar um efeito não esperado observado ao medir a dependência angular dos espectros Raman em fósforo negro. Conseguimos explicar com esse estudo que, ao analisar a dependência angular dos espectros Raman para determinados cristais, é necessário considerar um tratamento matemático não usual. Esse trabalho virou uma importante referência para pesquisadores que trabalham com materiais de baixa dimensionalidade similares ao fósforo negro.
Representação artística de floco de fósforo negro iluminado por um laser verde. Luz vermelha: luz espalhada com energia diferente da incidente (espalhamento Raman). Ao girar o cristal, as medidas de dependência angular deveriam se comportar conforme a linha cinza mostrada no final da luz vermelha, mas se comportam como os pontos verdes.
Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.
Henrique Bücker Ribeiro: – O trabalho mencionado acima gerou um artigo (https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.5b00698) que atualmente possui mais de 130 citações e está no 1% de artigos mais citados da área de acordo com Essential Science Indicators, elaborados pela Clarivate Analytics, do grupo Thomson Reuters.
A tese está relacionada aos seguintes artigos:
RIBEIRO, HENRIQUE B.; PIMENTA, MARCOS A. ; DE MATOS, CHRISTIANO J. S. ; MOREIRA, ROBERTO LUIZ ; RODIN, ALEKSANDR S ; ZAPATA, JUAN D. ; DE SOUZA, EUNEZIO A. T. ; CASTRO NETO, ANTONIO H. . Unusual Angular Dependence of the Raman Response in Black Phosphorus. ACS Nano, v. 9, p. 4270–4276, 2015.
RIBEIRO, H. B.; VILLEGAS, C. E. P. ; BAHAMON, D. A. ; MURACA, D. ; CASTRO NETO, A. H. ; de SOUZA, E. A. T. ; ROCHA, A. R. ; PIMENTA, M. A. ; de MATOS, C. J. S. . Edge phonons in black phosphorus. Nature Communications, v. 7, p. 12191, 2016.
RIBEIRO, HENRIQUE B.; PIMENTA, MARCOS A. ; DE MATOS, CHRISTIANO J.S. . Raman spectroscopy in black phosphorus. JOURNAL OF RAMAN SPECTROSCOPY, v. 49, p. 76-90, 2018.
RIBEIRO, H.B.; SATO, K. ; ELIEL, G.S.N. ; DE SOUZA, E.A.T. ; LU, CHUN-CHIEH ; CHIU, PO-WEN ; SAITO, R. ; PIMENTA, M.A. . Origin of van Hove singularities in twisted bilayer graphene. Carbon (New York), v. 90, p. 138-145, 2015.
Além de artigos provenientes de colaborações:
ELIEL, G. S. N. ; MOUTINHO, M. V. O. ; GADELHA, A. C. ; RIGHI, A. ; CAMPOS, L. C. ; RIBEIRO, H. B. ; CHIU, PO-WEN ; WATANABE, K. ; TANIGUCHI, T. ; PUECH, P. ; PAILLET, M. ; MICHEL, T. ; VENEZUELA, P. ; PIMENTA, M. A. . Intralayer and interlayer electron-phonon interactions in twisted graphene heterostructures. Nature Communications, v. 9, p. 1221, 2018.
ELIEL, G. S. N. ; RIBEIRO, H. B. ; SATO, K. ; SAITO, R. ; LU, CHUN-CHIEH ; CHIU, PO-WEN ; Fantini, C. ; RIGHI, A. ; PIMENTA, M. A. . Raman Excitation Profile of the G-band Enhancement in Twisted Bilayer Graphene. BRAZILIAN JOURNAL OF PHYSICS, v. 47, p. 589-593, 2017.
COSTA, M C FERRAZ DA ; RIBEIRO, H B ; KESSLER, F ; SOUZA, E A T DE ; FECHINE, G J M . Micromechanical exfoliation of two-dimensional materials by a polymeric stamp. Materials Research Express, v. 3, p. 025303, 2016.
FARIA, PAULA C. ; SANTOS, LUARA I. ; COELHO, JOAO PAULO ; RIBEIRO, HENRIQUE BUCKER ; PIMENTA, MARCOS A. ; LADEIRA, LUIZ O. ; GOMES, DAWIDSON A. ; FURTADO, CLASCIDIA A ; GAZZINELLI, RICARDO . Oxidized multiwalled carbon nanotubes as antigen delivery system to promote superior CD8+ T cell response and protection against cancer. Nano Letters (Print), v. 14, p. 5458-70, 2014.
Durante o doutorado fui contemplado com o Prêmio Cientistas do Ano do Instituto Nanocell na categoria ‘Nanotecnologia: da produção à aplicação’.
Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?
Henrique Bücker Ribeiro: – O diálogo aberto com meus mentores, as colaborações, as agências de fomento, o programa de pós-graduação e a universidade, as discussões com os colegas, o apoio dos meus pais, apoio dos técnicos, um bom ambiente de trabalho, dedicação e esforço e muitos outros. Um bom trabalho pode ser obtido quando todos esses elementos estão presentes. A ausência de apenas um já é o suficiente para comprometer o trabalho.
Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.
Henrique Bücker Ribeiro: – Não espere que bons resultados aconteçam de imediato e não desanime quando for o caso. Na maioria das vezes as coisas vão dar errado e, mesmo assim, nada será desperdiçado. Um bom resultado pode ser atingindo ao superar essas dificuldades pensando no problema.
Entrevista com Adriano dos Santos, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Química.
Orientador: Paulo Roberto Bueno (Instituto de Química de Araraquara – UNESP).
Coorientadora: Maria del Pilar Taboada Sotomayor (Instituto de Química de Araraquara – UNESP).
Instituição: Instituto de Química de Araraquara da Universidade Estadual Paulista (UNESP).
Adriano dos Santos
Para Adriano dos Santos (35 anos, natural de Araraquara – SP), as aulas de laboratório que teve na graduação em Química da UNESP, no campus de Araraquara, foram verdadeiros alicerces da sua formação. As ferramentas e competências desenvolvidas nessas aulas práticas foram muito úteis para Santos, tanto nos estágios que realizou numa empresa que produz tintas e revestimentos, quanto nos estágios de iniciação científica realizados na UNESP, com orientação dos professores Antonio Eduardo Mauro e Paulo Roberto Bueno.
Em 2010, Santos iniciou o mestrado em Química, também na UNESP e com orientação do professor Bueno. Durante a pesquisa de mestrado, na qual ele desenvolveu um dispositivo piezoelétrico para compreender um processo biológico, Santos começou a aprender sobre temas relacionados a biossensores e a desenvolver especial interesse nessa área de pesquisa. Depois de defender a dissertação, e enquanto trabalhava em uma empresa do setor químico, Santos decidiu fazer doutorado em algum tema relacionado a biossensores. Em 2013, iniciou as atividades do doutorado. Novamente com orientação do professor Bueno e com coorientação da professora Maria del Pilar Taboada Sotomayor, ele desenvolveu seu projeto de pesquisa no Instituto de Química de Araraquara da UNESP. De setembro de 2016 a fevereiro de 2017, Santos esteve na Universidade de Oxford (Inglaterra) realizando uma parte da pesquisa sob orientação do professor Jason Davis. “Isso possibilitou expandir meus conhecimentos e análise crítica, com inestimável ganho em experiência e capacitação profissional”, diz Santos.
Na sua tese, Santos apresentou uma nova aplicação de técnicas existentes que gerou biossensores com possíveis aplicações na detecção de trombose e de câncer e no estudo de fenômenos biológicos. Atualmente, o vencedor do prêmio continua trabalhando nessa área junto ao professor Bueno, como bolsista de pós-doutorado.
Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a mais relevante contribuição da tese premiada?
Adriano dos Santos: – Os biossensores estão, atualmente, recebendo considerável destaque por seu potencial econômico (em nível de investimento e mercado) e social (impacto na saúde e qualidade de vida populacional). Esses dispositivos, sendo o glicosímetro (aparelho que mede o teor de glicose diretamente do sangue) o seu maior exemplo, têm a capacidade de realizar diagnóstico clínico de forma mais rápida que os métodos atuais, bem como apresentam limites de detecção (menor quantidade que pode ser detectada numa amostra) adequados para o diagnóstico precoce. A detecção precoce é altamente relevante quando se deseja, por exemplo, realizar o diagnóstico de câncer. Isto ocorre porque as chances de cura e o tempo de sobrevida de pacientes com essa doença são maiores quando ela é detectada em estágios iniciais. Em minha tese foi demonstrado que, por meio de uma transdução eletroquímica de sinal de reconhecimento biológico, chamada de capacitância eletroquímica, e também por meio de uma nova análise de dados conhecida por funções de imitância, existe o potencial de realizar o diagnóstico de determinadas doenças de forma sensível e precoce, incluindo câncer e trombose, sem a necessidade de utilizar marcadores enzimáticos ou fluorescentes empregados na análise clínica atual. Além disso, também foi demonstrado de forma inédita o uso dessa abordagem eletroquímica inovadora no desenvolvimento de interfaces com potenciais aplicações na glicobiologia. A importância dessa abordagem é fornecer uma nova ferramenta que ajudará os pesquisadores a compreenderem processos que estão relacionados com a interação de proteínas e carboidratos. Neste contexto, pode-se englobar processos de invasão celular (cujos conhecimentos poderão auxiliar no desenvolvimento de vacinas), e a compreensão do mecanismo de formação e proliferação de tumores. Possivelmente, essa nova abordagem poderá um dia ser empregada no desenvolvimento de uma plataforma tecnológica para o desenvolvimento de glycoarrays (isto é, técnicas que permitem o estudo de interações entre proteínas e carboidratos).
(a) Exemplo de interface para a detecção de biomarcadores (moléculas relacionadas com determinada doença). A interface é constituída por uma monocamada composta por espécie eletroativa e o elemento de reconhecimento (como, por exemplo, anticorpo). A interação entre o elemento de reconhecimento e o biomarcador ocasiona uma alteração no sinal de capacitância eletroquímica (b), possibilitando construir curvas de calibração ou de saturação (c).
Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.
Adriano dos Santos: – Especificamente da tese, foram cinco trabalhos publicados:
Santos, A., J.J. Davis, and P.R. Bueno, Fundamentals and Applications of Impedimetric and Redox Capacitive Biosensors. Journal of Analytical & Bioanalytical Techniques, 2014.
Marques, S.M., Santos, A. et al., Sensitive label-free electron chemical capacitive signal transduction for D-dimer electroanalysis. Electrochimica Acta, 2015. 182: p. 946-952.
Santos, A., et al., Impedance-derived electrochemical capacitance spectroscopy for the evaluation of lectin–glycoprotein binding affinity. Biosensors and Bioelectronics, 2014. 62: p. 102-105.
Santos, A. and P.R. Bueno, Glycoprotein assay based on the optimized immittance signal of a redox tagged and lectin-based receptive interface. Biosensors and Bioelectronics, 2016. 83: p. 368-378.
Santos, A., P.R. Bueno, and J.J. Davis, A dual marker label free electrochemical assay for Flavivirus dengue diagnosis. Biosensors and Bioelectronics, 2018. 100: p. 519-525.
Além, no mesmo período de minha pesquisa no doutorado, houve mais seis artigos publicados, em parceria, sobre temas relacionados com a tese.
Lehr, J., et al., Mapping the ionic fingerprints of molecular monolayers. Physical Chemistry Chemical Physics, 2017. 19, p. 15098-15109
Piccoli, J.P., et al., The self-assembly of redox active peptides: Synthesis and electrochemical capacitive behavior. Peptide Science, 2016. 106(3): p. 357-367.
Cecchetto, J., et al., An impedimetric biosensor to test neat serum for dengue diagnosis. Sensors and Actuators B: Chemical, 2015. 213: p. 150-154.
Santos, A., et al., Redox-tagged peptide for capacitive diagnostic assays. Biosensors and Bioelectronics, 2015. 68: p. 281-287.
Carvalho, F., et al., Evaluating the Equilibrium Association Constant between ArtinM Lectin and Myeloid Leukemia Cells by Impedimetric and Piezoelectric Label Free Approaches. Biosensors, 2014. 4(4): p. 358-369.
Fernandes, F.C.B., et al., Comparing label free electrochemical impedimetric and capacitive biosensing architectures. Biosensors and Bioelectronics, 2014. 57: p. 96-102.
Importante também frisar que, nesse período, uma empresa de diagnóstico clínico foi criada, tendo como fundadores o meu orientador da tese, o Prof. Dr. Paulo Roberto Bueno, e o Prof. Dr. Jason Davis, da Universidade de Oxford. Essa empresa, Osler Diagnostics, é uma spinout situada na cidade de Oxford, Inglaterra, que está utilizando parte da pesquisa gerada nessa tese para o seu desenvolvimento tecnológico.
Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?
Adriano dos Santos: – São inúmeros esses fatores, das quais se destacam a infraestrutura da instituição, que contém equipamentos e profissionais capacitados para a realização de ensaios e medições que dão alicerce à teoria, bem como suporte à pesquisa desde a biblioteca à seção técnica de pós-graduação, incluindo todo o corpo de funcionários; a excelência do grupo de pesquisadores da UNESP- Instituto de Química, nos quais se incluem meu orientador (Prof. Dr. Paulo Roberto Bueno) e coorientadora (Profa. Dra. Maria Del Pilar Taboada Sotomayor) da tese, que me auxiliaram com muitos conselhos e aprendizado; a possibilidade de prestigiar eventos científicos internacionais, em que a importância do domínio do inglês como segundo idioma foi crucial para promover troca de saberes entre os pesquisadores nos eventos; a parceria entre a UNESP com a Universidade de Oxford por meio de um MoU (memorandum of understanding), que estimula os pesquisadores a realizarem cooperação acadêmica, elevando o nível de discussão científica, e do qual favoreceu meu estágio no exterior nessa universidade, sob orientação do Prof. Dr. Jason Davis; e o financiamento de órgãos federais (CAPES e CNPq) e estadual (FAPESP) por meio de projetos temáticos e bolsa de doutorado.
Aproveito e gostaria de deixar registrado o meu agradecimento a todo o Instituto de Química-Campus de Araraquara (técnicos, professores e pesquisadores) envolvidos com minha tese, à Universidade de Oxford, em especial ao Prof. Dr. Jason Davis, por ter-me recebido em seu laboratório, aos familiares e amigos, bem como à CAPES, CNPq e FAPESP pelo suporte financeiro.
Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.
Adriano dos Santos: – A ciência é bela, e como uma escultura, exige o esforço de lapidar a pedra para que a arte se revele. A caminhada até o objetivo é como um percurso, muitas vezes tortuoso, que nos engana e nos obriga a redirecionar nossas trajetórias. A ciência não é algo linear, em que o conhecimento está pronto e acabado, mas sim uma constante revisão e avanço do que está sendo feito, em especial em aplicações em novas tecnologias, que exigem “regressos” e novas interpretações de conhecimentos antes dados como intocáveis. Desta forma, será comum ao aluno de graduação (quando numa iniciação científica) e, em especial, ao de pós-graduação, se deparar com resultados inesperados ou de difícil interpretação, que por muitas vezes podem ser motivos de desmotivação e abandono de seu projeto de pesquisa. A única forma de superar esses problemas é por meio da conduta ética e profissionalismo, em saber reconhecer as próprias limitações e buscar auxílio constante de seu orientador ou demais pesquisadores da área. É também estar sempre de mente aberta e se questionar, não com ceticismo, mas tendo a ponderação de entender o sistema objeto de seu estudo.
Não menos importante é lembrar que é necessária a proximidade da família e que amizades sejam cultivadas. Dedicar-se ao lazer como passatempos e leituras diversas, diferentes daquelas que geralmente estamos acostumados na academia, são cruciais. Considere em praticar uma atividade física e estudar um segundo idioma, em especial o inglês, pois certamente aparecerão oportunidades em que esse idioma será crucial para o avanço na carreira profissional, seja como docente numa universidade, seja como profissional numa indústria.
A Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat) está recebendo, até o dia 31 de outubro18 de novembro de 2018 (NOVO PRAZO), propostas de simpósios temáticos para o XVIII Encontro da SBPMat/B-MRS Meeting. O evento será realizado de 22 a 26 de setembro de 2019, no Balneário Camboriú (SC), no Hotel Sibara Flat & Convenções, e será coordenado pelos professores Ivan H. Bechtold e Hugo Gallardo, ambos da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
As propostas de simpósio podem ser submetidas por grupos de pesquisadores do Brasil ou do exterior, atuantes em instituições de ensino e pesquisa ou empresas, que desejem organizar um simpósio sobre algum tema de Ciência e Tecnologia de Materiais para que seja realizado dentro do XVIII B-MRS Meeting.
As propostas devem ser preenchidas online em http://sbpmat.org.br/proposed_symposium/, colocando o título e escopo do simpósio, relação dos temas abrangidos, dados dos organizadores e lista preliminar de palestrantes convidados. A data de divulgação das propostas aprovadas será comunicada em breve.
Simpósios no evento de 2018: sessões orais…… e sessões de pôsteres.
Os simpósios temáticos, propostos e organizados por membros da comunidade científica, são o eixo principal da programação dos eventos anuais da SBPMat, conhecidos como B-MRS Meetings. O encontro de 2018, realizado em Natal (RN), contou com 21 simpósios, os quais tiveram mais de 1.600 trabalhos aprovados para apresentação em sessões orais e de pôster. Os temas abordados nos simpósios abrangeram o desenvolvimento, fabricação e caracterização de diversos tipos de materiais (nanomateriais, polímeros condutores, metais avançados, compósitos, óxidos metálicos, eletrocerâmicas, biomateriais, superfícies, revestimentos) e suas aplicações em segmentos como energia, aeroespacial, saúde, eletrônica, bioeletrônica, fotônica, aumototivo e decorativo. Mais de 1.100 profissionais e estudantes participaram desta edição do evento.
O site do XVIII B-MRS Meeting será lançado e divulgado em breve.
O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:Predicting glass transition temperatures using neural networks.Daniel R.Cassar, André C.P.L.F. de Carvalho, Edgar D. Zanotto. Acta Materialia. Volume 159, 15 October 2018, Pages 249-256. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.08.022
Inteligência artificial para desenvolver novos vidros
Os vidros, materiais que estão presentes em uma vasta diversidade de produtos, desde uma garrafa de vinho até um implante dentário, poderão fazer novas contribuições à qualidade de vida dos seres humanos e animais, e à preservação do planeta. De fato, até o momento, cerca de 400 mil (4 x 105) fórmulas de vidros foram produzidas e publicadas, enquanto 1052 novos vidros poderão ainda ser desenvolvidos utilizando combinações possíveis entre 80 elementos amigáveis da tabela periódica.
Para lidar com essa infinidade de possibilidades, é imprescindível contar com a ajuda de ferramentas computacionais sofisticadas que indiquem quais são as fórmulas químicas mais promissoras em função de suas propriedades físico-químicas. Ferramentas recentes utilizam inteligência artificial, principalmente algoritmos do chamado “aprendizado de máquina” (machine learning). Após um adequado treinamento com dados conhecidos, essas ferramentas podem realizar a triagem inicial que permite decidir em quais fórmulas vale a pena investir recursos (tempo, dinheiro, esforços) para desenvolvê-las no laboratório.
Essa foi a direção escolhida por uma equipe brasileira que reuniu pesquisadores das áreas de Materiais e de Computação, e criou uma ferramenta computacional de aprendizado de máquina (uma rede neural artificial), que se mostrou capaz de predizer com eficácia a temperatura de transição vítrea (Tg), uma importante propriedade dos vidros que depende de sua composição [Veja box ao lado].
O trabalho foi reportado em artigo científico recentemente publicado no periódico Acta Materialia (fator de impacto 6,036, taxa de aceite de 22%).
“A principal contribuição do artigo foi demonstrar a possibilidade de prever uma propriedade importante de vidros óxidos (neste caso a Tg) usando uma rede neural artificial”, diz Edgar Dutra Zanotto, professor da UFSCar e um dos três autores do paper. “A única informação necessária para realizar tal previsão é a composição química do material”, completa.
Redes neurais artificiais são amplamente usadas, por exemplo, para reconhecer rostos em enormes bancos de imagens, mas a sua aplicação na pesquisa em Materiais ainda é escassa e incipiente. Na área de materiais vítreos, por exemplo, o artigo de Zanotto e seus coautores é o terceiro que reporta o uso dessa ferramenta computacional.
As redes neurais artificiais são sistemas computacionais distribuídos formados por unidades de processamento de dados simples (equivalentes a neurônios simplificados) interconectados por meio de conexões equivalentes a sinapses. Elas aprendem por meio de algoritmos de aprendizado. Trabalhando em conjunto, os “neurônios” conseguem processar grandes volumes de dados e fazer previsões, mas, para isso, a rede precisa ser treinada a partir de exemplos concretos.
A aproximação de Zanotto às redes neurais artificiais começou há cerca de dois anos, quando ele pensou em buscar ferramentas de inteligência artificial para facilitar a busca de novas fórmulas de vidros. A ideia despertou grande interesse de Daniel Roberto Cassar, bolsista de pós-doutorado do Laboratório de Materiais Vítreos (LaMaV) do Departamento de Engenharia de Materiais (DEMa) da UFSCar, coordenado por Zanotto. Cassar participou, então, de cursos e palestras sobre redes neurais e começou a incursionar no desenvolvimento de redes neurais aplicadas ao estudo de vidros.
Há cerca de um ano, a dupla de cientistas de materiais sentiu necessidade de contar com um especialista em inteligência artificial e iniciou uma colaboração com o professor André Carlos Ponce de Leon Ferreira de Carvalho, professor do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP São Carlos. Dessa maneira, a pesquisa acabou envolvendo uma série de bolsistas de ambos os grupos, todos localizados na cidade de São Carlos.
Foto da esquerda: Professor Edgar Zanotto e bolsista de pós-doutorado Daniel Cassar no LaMaV – DEMa – UFSCar. Foto da direita: O professor André Carlos Ponce de Leon Ferreira de Carvalho (segundo a partir da esquerda) em laboratório do ICMC – USP São Carlos, rodeado por bolsistas que estão realizando pesquisas sobre ferramentas de inteligência artificial para prever propriedades de vidros. A partir da esquerda: Bruno de Almeida Pimentel (pós-doutorado), Edesio Alcobaça Neto (doutorado) e Saulo Martiello Mastelini (doutorado).
A equipe projetou e implementou uma rede neural artificial, que foi treinada para que conseguisse correlacionar Tg e composição química. O treinamento foi realizado com os dados da Tg e da composição de cerca de 45.000 vidros baseados na combinação de 45 elementos químicos. Cada uma das fórmulas usadas no treinamento continha, no mínimo, 3 elementos e, no máximo, 21. Todos os dados foram extraídos de um banco de materiais vítreos que reúne dados experimentais extraídos da literatura científica.
Temperatura de transição vítrea (Tg) predita pela rede neural versus o valor experimental reportado na literatura. Gráfico construído considerando 5.515 pontos experimentais que não foram utilizados para o treino da rede neural. A linha reta mostra a identidade onde a previsão da rede é igual ao valor reportado. A inserção mostra a distribuição do erro relativo da previsão (em porcentagem).
Depois de treinar a rede, os cientistas testaram a sua capacidade de prever a Tg. Para isso, informaram à rede a composição química de outros 5.515 vidros, também presentes no banco de dados, mas que não tinham sido usados no treinamento. Ao comparar os valores preditos pela rede neural com os valores obtidos por meio de métodos experimentais, presentes no banco de dados, o time científico se surpreendeu positivamente. A rede neural artificial teve um desempenho muito bom nas respostas, errando, no máximo, 6% para cima ou para baixo nos valores da temperatura em 90% dos testes – um nível de incerteza muito similar ao exibido pelos estudos experimentais. Além disso, o grau de precisão dos resultados demonstrou ser independente da quantidade de elementos químicos presentes na composição do vidro, o que é importante quando se pensa em sondar materiais com extensas fórmulas químicas.
A rede neural são-carlense está pronta para ajudar cientistas e engenheiros de materiais do mundo a estimarem rapidamente a Tg de vidros de qualquer composição, tornando o trabalho de pesquisa e desenvolvimento de novos vidros muito mais rápido, fácil e econômico. Além disso, o estudo conduzido por Cassar, Carvalho e Zanotto mostra um caminho que pode ser seguido para desenvolver novas redes neurais aplicadas à Ciência e Engenharia de Materiais. “Este resultado abre uma larga avenida para estudos similares visando a previsão de quase todas as propriedades físico-químicas dos vidros com base na sua composição! ”, afirma Zanotto.
De fato, nos grupos dos professores Zanotto e Carvalho, pouco mais de um ano após o início da colaboração, uma série de trabalhos sobre o assunto está em curso. Essas pesquisas devem gerar novos algoritmos para aperfeiçoar ainda mais as redes neurais, novas redes treinadas para predizer outras propriedades (índice de refração, módulo de elasticidade, temperatura liquidus, etc.), mais conhecimento sobre o desempenho de algoritmos de aprendizado de máquina, novos artigos científicos e ferramentas de software para uso da comunidade.
O trabalho que originou o artigo publicado na Acta Materialia foi financiado pela FAPESP, por meio de dois Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão: o CERTEV (Center for Research, Technology and Education in Vitreous Materials) e o CeMEAI (Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria). A pesquisa também recebeu financiamento do programa Nippon Sheet Glass Overseas Grant(Japão).
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