Da ideia à inovação: O fio de vidro que conectou o mundo (parte 2).

Posted on terça-feira 31 de julho de 2018

Veja nossa matéria sobre a primeira parte desta história.

E aqui estamos de volta à história do desenvolvimento das fibras ópticas.

No final da década de 1950, fibras ópticas curtas já eram produzidas industrialmente e usadas em alguns segmentos, principalmente em medicina para inspecionar o interior do corpo humano por meio de endoscópios.

Neste figura sobre o espectro eletromagnético, podem ser comparados os diversos tipos de radiação que existem. Fonte https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Espectro_EM_pt.svg. — Nesta figura sobre o espectro eletromagnético, podem ser comparados os diversos tipos de radiação eletromagnética que existem. Fonte https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Espectro_EM_pt.svg.

No âmbito das telecomunicações, a transmissão de informações por meio de fios de cobre e de ondas de rádio estava estabelecida e continuava avançando. O primeiro cabo transatlântico de fios de cobre foi instalado em 1956, e o primeiro satélite de telecomunicações, que usava ondas de rádio, foi lançado dois anos depois. Entretanto, o crescente uso do telefone e da televisão estavam gerando uma urgente demanda por aumentar a capacidade de transmitir informações.

Empresas de telecomunicações da Europa e Estados Unidos começaram a buscar soluções em seus laboratórios de pesquisa. A maior parte das pesquisas focava, principalmente, no uso das ondas de rádio de comprimento mais curto e das micro-ondas, mas não considerava as ondas da chamada “região óptica”, formada principalmente pela luz visível. Todavia, era nas ondas de luz visível que podia ser encontrado o maior potencial para as comunicações. Para se ter uma ideia, essas ondas podem carregar dezenas de milhares de vezes mais informação do que as ondas de rádio, por exemplo.

A aparição em cena do laser puxou um pouco a história para o lado das telecomunicações ópticas. Inventado em 1960, em um centro de pesquisa de uma empresa aeroespacial dos Estados Unidos, o laser foi ganhando novas e melhores versões ao longo da década. Com a sua capacidade de emitir luz em forma de feixes muito estreitos que se conservam por grandes distâncias, o laser podia ser um ótimo parceiro da fibra óptica.

Entretanto, a fibra óptica era deixada de lado devido à sua enorme atenuação – redução de intensidade do sinal de luz entre dois pontos, a qual se mede em decibéis perdidos por quilômetro percorrido (dB/km). De fato, usando as fibras ópticas disponíveis naquele momento, apenas 1% da luz injetada na fibra permanecia nela 20 metros adiante. Perante essa baixíssima eficiência, outras formas de guiar a luz começaram a ser propostas e testadas por alguns grupos, enquanto outros pesquisadores continuavam investindo esforços e recursos em guias de ondas de rádio ou micro-ondas.

Os poucos grupos que apostavam na fibra óptica ou em guias de ondas ópticas similares (filmes finos, por exemplo) no início da década de 1960 estavam localizados na STL (centro de pesquisa da empresa britânica de telecomunicações STC); na CSF (forte grupo empresarial francês atuante em áreas como telecomunicações, defesa, materiais e eletrônica); nos laboratórios Bell (laboratório estadunidense de pesquisa industrial na época ligado à companhia de telecomunicações AT&T), e na universidade japonesa de Tohuku.

Charles Kao, provavelmente em 1966. Fonte https://www.youtube.com/watch?v=2-5sScP_fiw

No grupo da STL, trabalhava Charles K. Kao, quem ganharia o Premio Nobel de Física em 2009 em reconhecimento a seus trabalhos com fibra óptica. Nascido em Xangai (China), Kao cursou o final do ensino secundário em um colégio britânico de Hong-Kong e foi morar na Inglaterra em busca de estudos universitários em eletrônica e comunicações, áreas que lhe apaixonavam. Formou-se em Engenharia Elétrica pela University of London em 1957, e logo começou a trabalhar para a STC, até receber e aceitar uma proposta de fazer doutorado empresarial no braço de pesquisa da empresa, o STL. Ali ajudou o pesquisador Antoni E. Karbowiak em seus estudos sobre diversos guias de onda, até que o Karbowiak saiu da STL para assumir uma cadeira de professor. Nesse momento, Kao se dedicou na STL ao projeto no qual ele mais acreditava, o do desenvolvimento de fibras compostas por núcleo e revestimento para serem usadas em telecomunicações como guias de ondas de luz visível.

Kao contou então com a ajuda de seu colega, o jovem engenheiro George Hockham, para desenvolver seus estudos sobre fibra óptica. Juntos se dedicaram a entender as causas das perdas de luz na fibra, para saber se elas poderiam ser eliminadas ou diminuídas ou se, pelo contrário, tentar baixar a atenuação era encarar uma batalha perdida. Enquanto Hockham estudava as imperfeições no formato ou tamanho das fibras, Kao se concentrava nas características do material, em particular sua estrutura e as impurezas e defeitos presentes nela. Os resultados dos estudos da dupla foram publicados em junho de 1966 nos IEEE Proceedings [K.C. Kao and G.A. Hockham, “Dielectric-Fibre Surface Waveguides for optical frequencies”. Proc. IEE, 113, 1151 (1996)].

Esse artigo pode ser considerado um marco na história da fibra óptica, por ser o primeiro que reportou as causas das perdas de luz na fibra óptica e que mostrou o caminho a seguir e a meta a alcançar para conseguir uma fibra apta ao uso em telecomunicações.

Com base nas características dos emissores (laser) e detectores de luz existentes, Kao e seu coautor afirmavam que, para poder usar as fibras em telecomunicações ópticas, era necessário baixar sua atenuação até chegar aos 20 dB/km. A meta era muito desafiadora, pois nas fibras disponíveis no momento a luz atenuava 20 dB… a cada 20 metros! Isso na melhor das hipóteses. Contudo, ao mostrar que as principais causas das perdas de luz nas fibras ópticas estavam relacionadas à presença de impurezas no material, que absorviam ou espalhavam a luz e a desviavam da sua rota, o artigo apontou um caminho para diminuir a atenuação: o uso de vidros mais puros.

Representação do corte frontal de uma fibra óptica (na qual proporções não foram consideradas) com as duas partes principais da fibra: o núcleo, com índice de refração n1, e o revestimento, com índice de refração menor (n2). Fonte https://pt.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#/media/File:Optical_fiber.svg

O artigo concluía que fibras cilíndricas compostas por um núcleo e um revestimento, ambos feitos de materiais vítreos com índices de refração levemente diferentes (maior no núcleo), poderiam ser meios de transmissão de informação muito melhores do que os existentes na época, além de mais baratos. Nessas fibras, a informação viajaria codificada em sinais de luz que percorreriam o núcleo, enquanto o revestimento garantiria que a luz permaneça no núcleo mesmo nas curvas.

Depois disso, Charles Kao continuou se dedicando à fibra óptica, investindo seu tempo não apenas na pesquisa, mas também na divulgação. De fato, ele proferiu palestras sobre seus estudos e sobre o potencial da fibra óptica em diversos laboratórios e empresas do mundo. Além disso, a STL divulgou um press release destacando as possibilidades da fibra óptica no campo das comunicações, o qual teve pouca repercussão na imprensa.

Em paralelo, junto a novos colaboradores, Kao fez uma série de experimentos com diversos vidros e outros materiais e mostrou, entre outros resultados, que no vidro denominado sílica fundida pura, a atenuação podia chegar a apenas 5 dB/km. O resultado era animador, mas transformar em uma fibra óptica esse material feito de dióxido de silício (SiO2) puro era outra história. Devido à sua pureza, esse vidro só podia ser fundido a altíssimas temperaturas, superiores a 1.500 °C. Além disso, depois de fundido, sua viscosidade dificultava a sua transformação em qualquer produto. Finalmente, o índice de refração da sílica fundida era extremamente baixo. Desse modo, utilizá-la para fabricar o núcleo da fibra, se por um lado seria vantajoso em termos de pureza, por outro lado seria complicadíssimo, não apenas pela dificuldade de processar o material, mas também pela impossibilidade de achar um material com índice de refração menor para o revestimento.

Nesse momento, alguns laboratórios de empresas da Alemanha, Estados Unidos, França, Reino Unido e Japão decidiram enfrentar o desafio de desenvolver a fibra óptica de baixa atenuação. Perante a dificuldade de lidar com a sílica fundida, a maioria desistiu desse material e tentou fazer fibras ópticas com outros vidros, retirando-lhes as impurezas. Por sua vez, outros grupos desistiram de fazer fibras ópticas de baixa atenuação ao ouvir especialistas em vidro que afirmavam que seria impossível retirar as impurezas que estavam incomodando.

Apenas um desses grupos fez escolhas diferentes, o da empresa Corning, nos Estados Unidos. Fundada em 1851, a firma sempre trabalhou com vidros, mas, longe de se estancar na produção de produtos de baixo valor agregado, ela protagonizou o desenvolvimento de muitas inovações, a começar pela bola de vidro da lâmpada incandescente de Thomas Edison. No início da década de 1930, foi na Corning que o químico Franklin Hyde criou o método de hidrólise de chama que viabilizou a fabricação e processamento de sílica pura. Nesse método, em vez de se fundir cristais de dióxido de silício, parte-se de um composto líquido baseado em silício que, aquecido em cima de uma chama, acaba gerando um pó que se pode ser depositado formando camadas de sílica.

Peter Schultz, Donald Keck e Robert Maurer, e fibras ópticas. Fonte: http://ethw.org/File:Corning_Fiber-optic_Inventors_3.jpg

Em 1966, a Corning incumbiu o físico Robert Maurer de pesquisar e desenvolver fibras ópticas de menos de 20 dB/km de atenuação para uso em comunicações ópticas. Em 1968, mais dois cientistas tinham se somado a Maurer nesse projeto: Peter Schultz, doutor em Ciência do Vidro, e Donald Keck, doutor em Física.

O trio trabalhou duro em ideias que eram opostas àquelas que os demais grupos do mundo estavam seguindo. Na escolha do material, o grupo da Corning optou por usar o vidro mais puro e acrescentar impurezas quando necessário, em vez de retirar impurezas de vidros menos nobres até chegar à atenuação desejada. Os cientistas da Corning usaram, então, a sílica fundida pura para o revestimento da fibra óptica, o qual precisava de um material com índice de refração menor, e a sílica com pequeníssimas quantidades de titânio no núcleo, de modo a aumentar o índice de refração apenas o necessário e diminuir a pureza o mínimo possível.

Para o método de fabricação da fibra, o grupo da Corning também seguiu um caminho próprio, baseado no método que Hyde tinha desenvolvido mais de trinta anos atrás. O trio fabricou um tubo de sílica pura e depositou a sílica dopada dentro dele. Com essa fibra, cerca de quatro anos depois do início do projeto de desenvolvimento da fibra óptica de baixa atenuação, o grupo da Corning obteve a primeira medida de atenuação menor que 20 dB/km. Estava desenvolvida a primeira fibra óptica de baixa atenuação!

Em maio de 1970, a equipe depositou duas patentes revelando, respectivamente, a composição e o método de fabricação dessa fibra e, depois disso, começou a divulgar os resultados.

Em 1971, a Corning decidiu que o projeto poderia passar da fase de pesquisa à de desenvolvimento, na qual engenheiros trabalharam para tornar a fabricação adequada à escala industrial, para deixar a fibra mais resistente (a primeira fibra era mais frágil do que o desejável) e para finalizar o desenvolvimento junto a empresas que tinham interesse em comprar a fibra. Enquanto isso acontecia, a equipe de pesquisa continuou explorando, com bons resultados, novas possibilidades para obter melhores fibras ópticas. Depois disso, Maurer, Schultz e Keck se viram obrigados a dedicar uma grande parte do tempo deles a litígios judiciais relacionados às patentes da fibra óptica, que foram outorgadas à Corning em 1972 e 1973.

No início da década de 1970, a fibra óptica ainda não era uma inovação propriamente dita. De fato, a inserção dessa tecnologia no mercado demorou mais de 10 anos para acontecer. Essa parte da história, também interessante, não será abordada aqui, mas alguns marcos podem ser citados. Em 1975, no Reino Unido, as primeiras fibras ópticas não-experimentais foram instaladas. Em 1976, a Corning inaugurou a sua primeira fábrica industrial de fibras ópticas. Em 1983, nos Estados Unidos, foi instalada a primeira rede nacional de telefonia baseada em fibras ópticas. Em 1988, o primeiro cabo transatlântico de fibras ópticas foi instalado.

Atualmente, com bilhões de quilômetros de fibra óptica instalados, as telecomunicações no planeta Terra, principalmente via Internet, dependem fortemente desses finos fios de vidro ou plástico. Com relação a outras tecnologias, a fibra óptica mantém o primeiro lugar em velocidade de transmissão de dados, com imensas quantidades de informação podendo ser transmitidas em 1 segundo entre pontos distantes do planeta. Com relação às ondas de rádio que predominavam nas comunicações ópticas 60 anos atrás, essa capacidade aumentou nada menos que um milhão de vezes. Valeu a pena o esforço de todos os envolvidos na história, não é mesmo?

Para saber mais

Two revolutionary optical technologies. The Royal Swedish Academy of Sciences. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/advanced-physicsprize2009.pdf
Making the first low-loss optical fibers. Peter C. Schultz. http://www.peterschultzconsulting.com/wp-content/uploads/2015/03/SchultzOPN2010Makinglowlossfiber.pdf
Optical fiber spans 30 years. Dr Donald B. Keck. http://www.corning.com/media/worldwide/coc/documents/Fiber/Resource%20Center%20-%20General/r3461.pdf
City of light. The story of fiber optics. Jeff Hecht. Oxford University Press (1999).

Artigo em destaque: Labirinto de argila em matriz de hidrogel para liberação controlada de fármacos.

Posted on segunda-feira 30 de julho de 2018

O artigo científico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Celso R. N. Jesus, Eduardo F. Molina, Sandra H. Pulcinelli, and Celso V. Santilli. Highly Controlled Diffusion Drug Release from Ureasil–Poly(ethylene oxide)–Na+–Montmorillonite Hybrid Hydrogel Nanocomposites. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10 (22), pp 19059–19068. DOI: 10.1021/acsami.8b04559

Labirinto de argila em matriz de hidrogel para liberação controlada de fármacos

Ao combinar na escala nanométrica uma argila e um gel polimérico, uma equipe científica com membros da Universidade Estadual Paulista “Julio de Mesquita Filho” (UNESP) e da Universidade de Franca (UNIFRAN) desenvolveu um novo material que consegue carregar fármacos e liberá-los de forma gradual e controlada.

A equipe testou in vitro – ou seja, no laboratório, em recipientes que simulam as condições biológicas – o desempenho do material na liberação de diclofenaco sódico. Esse fármaco é um anti-inflamatório, administrável por via oral ou por injeção, bastante utilizado para aliviar o inchaço e a dor gerados, por exemplo, por artrite, reumatismo, lesões musculares, cirurgias ou gota.

O material desenvolvido é um nanocompósito, no qual é possível distinguir um hidrogel polimérico, uma argila e o fármaco. O hidrogel (gel que absorve quantidades de água superiores às normais sem se dissolver) é composto por um material híbrido orgânico-inorgânico chamado siloxano-poliéter ou ureasil. A argila é conhecida como montmorilonita, e se apresenta no nanocompósito em forma de lamelas nanométricas homogeneamente dispersas no hidrogel. Quanto ao diclofenaco sódico, que aparece encapsulado dentro do nanocompósito, é incorporado ao material durante a preparação do mesmo, como se fosse mais um “ingrediente”.

O nanocompósito foi obtido pela equipe paulista por meio do processo sol-gel. Esse método de preparo de materiais é baseado em uma série de reações químicas, nas quais ocorre uma transformação de um “sol” (líquido com partículas nanométricas em suspensão) em um gel (rede rígida tridimensional com interstícios nos quais o líquido permanece imobilizado).

Neste nanocompósito, o hidrogel, que é hidrofílico, tem como função principal absorver água do meio externo e armazená-la em seus interstícios. Nesse ambiente aquoso, moléculas do fármaco se dispersam devido ao processo físico de difusão até atravessarem os poros do hidrogel e saírem para o meio externo, o qual seria o corpo humano se o material estivesse sendo usado para liberar fármacos em pacientes reais.

A principal novidade do material é o uso da argila, que é impermeável, para controlar o modo como o fármaco é liberado. De fato, no material desenvolvido pela equipe paulista, as lamelas nanométricas de argila atuaram como barreira física à passagem das moléculas de água e do fármaco.

Conforme ilustra a imagem ao lado, o conjunto de lamelas formou um verdadeiro labirinto que retardou o movimento dessas moléculas, imprimindo um determinado ritmo à absorção de água e à liberação do diclofenaco sódico.

“A principal contribuição do trabalho foi desenvolver um sistema de barreira baseado em um material híbrido orgânico-inorgânico contendo polímero-argila para o controle fino de liberação do fármaco diclofenaco de sódio”, afirma Eduardo Ferreira Molina, autor correspondente de artigo sobre o assunto, recentemente publicado no periódico ACS Applied Materials & Interfaces. Molina atualmente é professor da Universidade de Franca (SP).

No trabalho reportado nessa revista, os autores prepararam uma série de amostras do nanocompósito usando diferentes proporções de argila montmorilonita, e também amostras do hidrogel sem argila. Os cientistas usaram várias técnicas de caracterização para analisar a estrutura dos nanocompósitos obtidos e das fases que os compõem (o hidrogel e a argila), bem como para estudar a absorção de água e a liberação do fármaco no material. Dessa maneira, a equipe conseguiu verificar que a presença da argila era essencial para controlar a forma como o fármaco era liberado. Ajustando a porcentagem de argila usada na preparação dos nanocompósitos, os pesquisadores conseguiram evitar que uma grande dose de diclofenaco sódico fosse liberada no início (um problema comum em sistemas de liberação de fármacos). Eles também conseguiram que a liberação posterior ocorresse de forma pausada e a uma taxa constante e previsível.

Os resultados deste trabalho podem constituir um primeiro passo rumo ao uso deste nanocompósito como sistema de liberação de fármacos para tratamentos prolongados de artrite, enxaqueca, dor pós-cirúrgica etc. Com um sistema como este, a medicação poderia ser liberada paulatinamente nas doses e taxas mais adequadas, mantendo a concentração ideal do fármaco na corrente sanguínea.

Celso R. N. Jesus (esquerda), primeiro autor do artigo e Eduardo F. Molina, autor correspondente.

O trabalho, que recebeu financiamento das agências federais brasileiras CAPES e CNPq e da agência paulista FAPESP, foi realizado no Instituto de Química da UNESP, na cidade de Araraquara, com exceção das medidas de espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS), realizadas no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), na cidade de Campinas.

A pesquisa foi desenvolvida entre 2010 e 2014 no doutorado em Química de Celso Ricardo Nogueira Jesus, com orientação do professor Celso Valentim Santilli (UNESP) e da professora Sandra Helena Pulcinelli (UNESP). A ideia, até então inédita, de desenvolver esses nanocompósitos para funcionarem como barreiras para liberação controlada de fármacos surgiu no início do doutorado de Nogueira Jesus. O tema reuniu temas desenvolvidos em outros dois trabalhos de pós-graduação. Por um lado, a pesquisa de doutorado de Eduardo Molina, orientada pelo professor Santilli, sobre siloxano-poliéter para liberação controlada de fármacos. Em 2010, esse trabalho estava em fase de conclusão. Por outro lado, o trabalho de mestrado de Márcia Hikosaka, orientado pela professora Pulcinelli e concluído alguns anos atrás, sobre o preparo de nanocompósitos com polímeros e argila montmorilonita.

Volume especial dos Anais da Academia Brasileira de Ciências “Materials Science for a Better Future”.

Posted on quarta-feira 11 de julho de 2018

Os Anais da Academia Brasileira de Ciências (AABC) em parceria com a Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat) lançarão o volume especial “Materials Sciences for a Better Future”.

Segundo o editor, Frank Crespilho, professor do Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da Universidade de São Paulo (USP) e membro da SBPMat, esta é uma grande oportunidade para se comemorar o sucesso das pesquisas na área de Materiais no Brasil. Também, esse volume especial faz parte da continuação das comemorações do centenário da Academia.

Os sócios da SBPMat e demais pesquisadores estão convidados a submeter seus trabalhos originais completos pelo site da revista no Scielo, de 9 de agosto a 9 de novembro de 2018, indicando na submissão e na Cover Letter sua participação no volume especial.

As publicações dos AABC não têm custo para os autores e podem ser acessadas livremente. Os AABC têm se engajado na publicação de volumes especiais, contemplando todas as áreas das ciências. Recentemente, a revista publicou artigos para o especial “Brazil: Frontiers of Chemical Sciences”, que podem ser acessados livremente aqui.

Site para submissão de trabalhos: https://mc04.manuscriptcentral.com/aabc-scielo

Boletim da SBPMat – 70ª edição.

Posted on sexta-feira 29 de junho de 2018

Boletim da
Sociedade Brasileira
de Pesquisa em Materiais

Edição nº 70. 29 de junho de 2018.

Artigo em Destaque

Um trabalho desenvolvido no CTNano da UFMG pode contribuir a desenvolver a produção em massa de nanotubos de carbono. A equipe científica inovou na fabricação das nanopartículas usadas como catalisadores do crescimento de nanotubos pelo método de CVD, e conseguiu gerar nanotubos finos e compridos e de alta pureza. Com eles, os cientistas fizeram filmes que poderiam ser utilizados em baterias e supercapacitores. O trabalho foi reportado na revista científica Carbon. Saiba mais.

Da Ideia à Inovação

O nosso relato começa no século XIX, com experimentos que demonstraram que a luz podia seguir um caminho determinado e acompanhar curvas. O segundo marco da história é uma edição da revista Nature, de 1954, que publicou avanços tecnológicos no sentido de usar o vidro como caminho para a luz transitar. O terceiro marco é o trabalho de um estudante de graduação que resultou na fabricação do primeiro endoscópio flexível. Confira a primeira parte da nossa matéria sobre o desenvolvimento da fibra óptica. Aqui.

Cientistas em Destaque

Bernhard Keimer, diretor do Instituto Max Planck de Pesquisa em Estado Sólido (Alemaha), tem se dedicado a compreender e controlar comportamentos coletivos de elétrons conhecidos como correlações eletrônicas. Para isso, ele fabrica estruturas nanométricas compostas por diversos materiais (principalmente óxidos metálicos) e as analisa por meio de métodos espectroscópicos. O cientista estará no XVII B-MRS Meeting falando sobre esse assunto. Veja nossa minientrevista.

Junbai Li, professor do Instituto de Química da Academia Chinesa de Ciências e editor-chefe da Colloids & Surfaces, produz nanomateriais com aplicações biomédicas usando aminoácidos que se auto-organizam. Ele falará sobre esse tema em palestra plenária do XVII B-MRS Meeting. Veja nossa minientrevista.

XVII Encontro da SBPMat/ B-MRS Meeting
(Natal, RN, 16 a 20 de setembro de 2018)

Some-se a nós, junto à praia, e faça parte desta grande reunião, onde ciência e tecnologia se agregarão à natureza para uma experiência ideal de aprendizagem e intercâmbio!

Inscrições. Aproveite os valores com desconto até 31 de julho, e o desconto especial para sócios SBPMat. Se você ainda não é sócio da SBPMat, pode se associar ao fazer a inscrição ao evento. O valor da inscrição somado ao valor da anuidade ficará menor do que o valor da inscrição para não sócios. Saiba mais.

Serviço de impressão de pôsteres. É possível enviar o arquivo por e-mail e, durante o evento, retirar o pôster impresso no centro de convenções. Saiba mais.

Programa. O programa do evento estará disponível no site em breve.

Tutorial. Os inscritos ao evento poderão participar sem custo adicional do tutorial sobre escrita científica e processo editorial. Inscrições gratuitas, no ato da inscrição geral do encontro. Saiba mais.

Conference Party. A festa do evento será na noite de 19 de setembro, à beira-mar, no Imirá Plaza Hotel & Convention, e terá patrocínio de periódicos científicos da ACS Publications. Saiba mais.

Hospedagem, transfer e passeios. Veja opções da agência de turismo oficial do evento, a Harabello. Aqui.

Palestras plenárias. Saiba quem são os 8 cientistas de renome internacional que proferirão as plenárias do evento e quais são os temas das palestras. Veja aqui.

Palestra memorial. A Memorial Lecture “Joaquim da Costa Ribeiro” será proferida pelo professor Fernando Galembeck, na abertura do evento.

Simpósios. Veja a relação dos 21 simpósios que compõem o evento. Aqui.

Expositores e patrocinadores. 20 empresas já reservaram seus estandes e 14 entidades participam do evento com outras formas de apoio e divulgação. Empresas interessadas em participar do evento podem entrar em contato com Alexandre no e-mail comercial@sbpmat.org.br.

Organizadores. O coordenador do evento é o professor Antonio E. Martinelli (UFRN). Conheça a equipe do comitê organizador.

Centro de convenções. O evento será realizado no centro de convenções do Hotel Praiamar, localizado a metros da famosa praia de Ponta Negra. Saiba mais.

Natal. Destino turístico de visitantes do mundo todo, Natal também oferece um prazeroso ambiente para debates, interações e aprendizagem. O clima agradável (seco e com temperatura média de 25 °C em setembro), o povo acolhedor e a deliciosa culinária da cidade criam uma atmosfera de bem-estar que vai além das belezas naturais do seu litoral. Veja vídeo sobre Natal.

Dicas de Leitura

Equipe com participação brasileira extrai da hematita (ferro) um novo material bidimensional, o “hemateno”, com propriedades magnéticas e fotocatalisadoras (paper da Nature Nanotechnology). Saiba mais.
Dispositivos integrados a lentes de contato e relógios de pulso monitoram de forma contínua o nível de glicose em lágrimas e suor (papers da Science Advances e ACS Nano). Saiba mais.
Cientistas descobrem magnetismo quiral em filmes finos amorfos, abrindo possibilidade de uso desses materiais em dispositivos spintrônicos (paper da Advanced Materials). Saiba mais.
Artigo com significativa participação brasileira que explica comportamento inusual do fósforo negro quanto ao espalhamento inelástico da luz (Raman) entra em ranking mundial dos mais citados (paper da ACS Nano). Saiba mais.
Patente: implante para substituir o volume de globo ocular perdido, desenvolvido por equipe da UFSCar e Unesp com material vitrocerâmico e design inovador, favorece a integração com o organismo e já foi testado em humanos e animais. Saiba mais.
Fatores de impacto 2017. Veja alguns destaques da editora Wiley na área de Materiais. Aqui.

Oportunidades

Abertas as inscrições para o “IUMRS – MRS Singapore Young Researcher Award” destinado a pesquisadores de menos de 40 anos com trabalhos excepcionais. Saiba mais.

Eventos

IX Método Rietveld. Fortaleza, CE (Brasil). 16 a 20 de julho de 2018. Site.
International Conference on Electronic Materials 2018 (IUMRS-ICEM). Daejeon (Coreia do Sul). 19 a 24 de agosto de 2018. Site.
Symposium “Nano-engineered coatings, surfaces and interfaces” no “XXVII International Materials Research Congress”. Cancun (México). 19 a 24 de agosto de 2018. Site.
8th International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA2018). Maresias, SP (Brasil). 26 a 31 de agosto de 2018. Site.
16th International Conference on Molecule-based Magnets (ICMM2018). Rio de Janeiro, RJ (Brasil). 1 a 5 de setembro de 2018. Site.
XVII Encontro da SBPMat/ B-MRS Meeting. Natal, RN (Brasil). 16 a 20 de setembro de 2018. Site.
XXXIX Congresso Brasileiro de Aplicações de Vácuo na Indústria e na Ciência (CBrAVIC). Joinville, SC (Brasil). 8 a 11 de outubro de 2018. Site.
6ª Edição do Workshop de Pesquisa e Tecnologia em Ciência dos Materiais. Sorocaba, SP (Brasil). 15 a 17 de outubro de 2018. Site.
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 (Brazil). 6 e 7 de dezembro de 2018. Site.

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Artigo em destaque: Flocos de alumínio para produção de nanotubos de carbono.

Posted on sexta-feira 29 de junho de 2018

O artigo científico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: High-yield synthesis of bundles of double- and triple-walled carbono nanotubes on aluminum flakes. Thiago H.R. da Cunha, Sergio de Oliveira, Icaro L. Martins, Viviany Geraldo, Douglas Miquita, Sergio L.M. Ramos, Rodrigo G. Lacerda, Luiz O. Ladeira, Andre S. Ferlauto. Carbon 133(2018) 53-61.

Flocos de alumínio para produção de nanotubos de carbono

Imagem de microscopia eletrônica de varredura de feixes de nanotubos de carbono obtidos por meio do método da equipe do CTNano.

Uma equipe de cientistas de instituições mineiras fez uma promissora contribuição à produção de nanotubos de carbono. Esses cilindros ocos cujas paredes de carbono têm apenas 1 átomo de espessura já fazem parte de alguns produtos (baterias, materiais automotivos, filtros de água), mas sua produção industrial ainda é incipiente e precisa de soluções para baixar custos e aumentar a eficiência, entre outros desafios.

Os pesquisadores brasileiros introduziram uma novidade em uma das etapas da técnica mais consolidada para a produção em massa de nanotubos, a deposição química a vapor (CVD, na sigla em inglês). Dessa maneira, a equipe conseguiu produzir feixes de nanotubos de duas e três paredes (algo similar a dois ou três cilindros ocos, um dentro do outro). Finos, compridos e de alta pureza, os nanotubos apresentaram diâmetros de 3 a 8 nanometros, comprimentos até 50 mil vezes maiores que seu diâmetro (de 150 a 300 micrometros) e mais 90 % de carbono na sua composição.

“A principal contribuição deste trabalho é a apresentação uma rota escalável e de baixo-custo para síntese de feixes de nanotubos de carbono com grande área superficial (625 m²/g) e razão de aspecto (50000:1)”, diz Thiago Henrique Rodrigues da Cunha, pesquisador da frente de síntese do Centro de Tecnologia em Nanomateriais (CTNano) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFGM) e autor correspondente do artigo deste trabalho, que foi recentemente publicado no periódico Carbon (fator de impacto= 6,337).

O método, além de gerar nanotubos de boa qualidade, permite produzir quantidades relativamente grandes desse material usando quantidades relativamente baixas de matérias-primas. “Mesmo utilizando sistemas pequenos, é possível a obtenção de nanotubos de carbono em escala de quilograma/dia”, diz o pesquisador. Como os nanotubos obtidos apresentaram uma relação entre área superficial e massa muito grande (mais de 625 metros quadrados pesam apenas um grama), a produção dos nanotubos por este método poderia alcançar alguns milhões de metros quadrados por dia.

Com os nanotubos obtidos e um tipo de álcool, a equipe científica preparou uma pasta, a qual distribuiu sobre um papel de filtro, formando um filme que foi separado do papel quando a pasta secou. O filme, de cor preta, apresentou 40 micrometros de espessura e ficou flexível e dobrável. Agregados macroscópicos de nanotubos de carbono como este são usualmente chamados de buckypapers.

À esquerda, filme de nanotubos de carbono (buckypaper) produzido pela equipe. À direita, aviãozinho confeccionado com esse buckypaper.

“Os buckpapers produzidos a partir destes nanotubos apresentaram grande área superficial e boa condutividade elétrica, o que os torna particularmente interessantes na confecção de eletrodos para baterias e supercapacitores”, afirma Thiago da Cunha, que acrescenta que a equipe do CTNano já está trabalhando para usar os buckypapers nesses dispositivos armazenadores de energia. Uma patente sobre o processo foi depositada no final de 2017. “Nossa intenção é apresentar esta tecnologia para potenciais parceiros a fim de converte-la em um produto de alto valor agregado”, revela Cunha.

O segredo do processo

Imagem de microscopia eletrônica de varredura de feixes de nanotubos de carbono que cresceram a partir de ambos os lados de um floco de alumínio.

Os processos de produção de nanotubos por CVD ocorrem dentro de um forno tubular no qual se insere gás contendo carbono e nanopartículas catalisadoras. Submetido a altas temperaturas, o gás se decompõe, e os átomos de carbono se depositam em cima e em volta das nanopartículas, formando tubos (os nanotubos). As nanopartículas podem ser preparadas no mesmo forno usado para o crescimento dos nanotubos.

É justamente na preparação das nanopartículas catalisadoras que reside o segredo do método desenvolvido pela equipe mineira. Em grandes linhas, trata-se de preparar um pó contendo ferro (Fe) e cobalto (Co) sobre flocos de alumínio (material que nunca antes tinha sido mencionado na literatura científica como suporte para o crescimento de nanopartículas). A mistura é então submetida a temperaturas de 350 a 650 °C durante 4 horas, numa atmosfera similar ao ar que respiramos. Esse processo, conhecido como calcinação, produz nanopartículas de óxidos de ferro e/ou cobalto. Depois, as nanopartículas catalisadoras, ainda sobre os flocos de alumínio, são introduzidas no forno de CVD, cuja temperatura interna é levada a 730 °C. Nesse momento, é introduzido o gás etileno (C₂H₄), o qual aporta o carbono para que os nanotubos cresçam perpendicularmente aos flocos de alumínio.

Os cientistas puderam observar uma interessante vantagem de se usar esse novo suporte. Durante a calcinação, forma-se, na superfície do alumínio, uma fina camada de óxido de alumínio que encapsula as nanopartículas e impede que elas se aglomerem ou espalhem. Além disso, na etapa seguinte do processo, o óxido de alumínio atua como matriz dos nanotubos, conduzindo seu crescimento na forma de feixes alinhados.

Para testar se a temperatura de calcinação das nanopartículas influiria em seu desempenho como catalisadoras, a equipe do CTNano fez alguns experimentos. A conclusão foi que a calcinação a temperaturas de 500 a 550 °C produz mais nanopartículas de óxido misto (contendo tanto ferro quanto cobalto, de fórmula CoFe₂O₄) e gera melhores resultados na produção de nanotubos, tanto do ponto de vista quantitativo (rendimento) quanto qualitativo (diâmetro dos nanotubos).

“Ao contrário de outros métodos descritos na literatura que geralmente apresentam baixo rendimento e que dependem de técnicas relativamente caras (evaporação, sputtering) para confecção do catalisador, descrevemos neste artigo um método simples para produzir um catalisador em forma de pó, que pode ser utilizado para produção contínua de nanotubos de poucas paredes através da técnica de deposição química de vapor (CVD)”, resume Thiago da Cunha.

CTNnano

O trabalho recebeu financiamento da fundação mineira de apoio à pesquisa (Fapemig), da agência federal CNPq e da empresa Petrobrás. O trabalho foi realizado no CTNano, com exceção das imagens de microscopia, feitas no Centro de Microscopia da UFMG.

O CTNano surgiu em 2010 a partir da motivação para desenvolver produtos, processos e serviços utilizando nanotubos de carbono e grafeno, com o objetivo de suprir demandas industriais em consonância com a formação de recursos humanos qualificados. As pesquisas desenvolvidas no CTNano já originaram 26 patentes e contribuíram para a formação de mais de 200 pesquisadores na área. De acordo com Thiago da Cunha, o CTNano inaugurará, ainda em 2018, sua sede própria com aproximadamente 3.000 m² de área, localizada no Parque Tecnológico de Belo Horizonte (BH-TEC).

image description — Autores do paper, ligados à UFMG, com exceção de Viviany Geraldo, que é docente da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI).

Da ideia à inovação: O fio de vidro que conectou o mundo.

Posted on quinta-feira 28 de junho de 2018

Feixe de fibras ópticas. Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fibreoptic.jpg

Você está lendo esta matéria em algum dispositivo conectado à Internet, não é mesmo? Não importa se você está usando um smartphone que recebe a informação de uma antena, ou se os dados chegam no seu computador, e inclusive nos postes do seu bairro, por meio de fios de cobre ou cabos coaxiais. Em algum momento, o seu acesso à web dependerá de fibras ópticas, esses fiozinhos transparentes, de vidro ou plástico, cujo diâmetro é similar ao dos fios de cabelo humano (de poucas dezenas até poucas centenas de micrometros).

Os cabos de fibra óptica são grandes rodovias de dados que conectam continentes, países, cidades e data centers entre si. Apenas nos trechos mais próximos ao usuário, a informação transita por outros tipos de vias, de trânsito mais lento. Segundo dados da empresa Corning há mais de 2 bilhões de quilômetros de fibra óptica instalados no mundo, o suficiente para dar a volta à Terra pelo Equador 50 mil vezes!

Se as fibras ópticas são rodovias, a luz é o meio de transporte que transita nelas, e os passageiros são os dados, que viajam codificados em forma de sinais ópticos. Nessas rodovias, os passageiros conseguem percorrer cerca de 200 mil km (cinco voltas ao Equador) em 1 segundo.

A primeira fibra óptica “usável” em comunicações foi produzida em 1970 nos Estados Unidos, mais precisamente na Corning Glass Works (atual Corning Inc.), empresa especializada em materiais vítreos e cerâmicos. Mas a história do desenvolvimento da fibra óptica começa muito antes. Vamos contar os momentos que acreditamos sejam os mais importantes nessa história, protagonizada por muitos cientistas de diversas nacionalidades. Vale aqui fofocar que houve muitos litígios por patentes e que vários dos pesquisadores envolvidos não reconheceram o trabalho dos anteriores.

Século XIX: guiando a luz por caminhos sinuosos

No século XIX, alguns renomados cientistas demonstraram experimentalmente que a luz podia ser conduzida por algum meio (no caso, um jato de água) para obriga-la a seguir um determinado caminho, inclusive acompanhando curvas. Há registros de demonstrações e publicações realizadas em sociedades científicas da Europa nas décadas de 1840 e 1850 pelo suíço Jean-Daniel Colladon (1841), pelo francês Jacques Babinet (1842) e pelo irlandês John Tyndall (1854). O experimento, que está ilustrado na imagem abaixo à direita, mostrava que a luz, guiada pela água, era desviada da sua trajetória retilínea para fazer um trajeto curvo.

A partir da esquerda: Colladon, Babinet e Tyndall. À direita, desenho do experimento que eles apresentaram.

Mas será que a luz, seguindo a “estrada” de água, estava realmente descrevendo uma trajetória curva? Claro que não. O que esses cientistas estavam mostrando era a luz se refletindo uma e outra vez dentro do fluxo de água, descrevendo uma espécie de ziguezague devido ao fenômeno conhecido como reflexão interna total. Trata-se mais ou menos do seguinte. A luz entra no fluxo de água seguindo seu caminho reto. Quando o fluxo de água começa a fazer uma curva, a luz, que viaja em linha reta, acaba atingindo a interface entre água e ar. Então, ela é refletida pela “parede” interna do fluxo de água e bate na “parede” oposta, onde volta a ser refletida. E assim continua seu caminho ziguezagueante dentro da água. O fenômeno acontece devido a diferenças entre o modo como a água e o ar interagem com a luz (índices de refração). Para que o fenômeno aconteça, é fundamental que a luz descreva um ângulo maior ao chamado “ângulo crítico” ao bater na interface entre água e ar. Obviamente, o fenômeno pode acontecer em diversos meios, e não apenas no sistema água – ar.

O experimento do século XIX se assemelha aquele que aparece no início deste vídeo (tirando, é claro, algumas atualizações implementadas no vídeo brasileiro, como o uso de laser e canudinho plástico). Veja que bonito:

Fibras de vidro flexíveis para explorar o tubo digestivo

Aparentemente, Jaques Babinet foi um pouco mais longe na exploração da reflexão interna total e demonstrou que uma vara de vidro curvado também podia guiar a luz.

A ideia foi retomada provavelmente na década de 1920, quando houve tentativas de utilizar feixes de varas flexíveis de vidro para conduzir luz e poder enxergar locais de outro modo inacessíveis, como, por exemplo, o interior do tubo digestivo (medicina). Não que não existissem instrumentos para isso, os endoscópios, mas eram rígidos e, portanto, muito temidos pelos pacientes (com toda razão!).

Mas o vidro é flexível? Sim, quando é fininho, ele é muito flexível.

Entretanto, esses antepassados das fibras ópticas não eram eficientes; o fenômeno de reflexão total não era nem um pouco total ali dentro, a luz fugia através das “paredes” e as fibras não cumpriam com seu papel de iluminar o corpo humano.

Narinder Singh Kapany. Fonte: http://www.sikhfoundation.org/people-events/jewels-of-punjab-dr-narinder-singh-kapany/ — Narinder Singh Kapany.

Felizmente, a partir da década de 1960, fibras flexíveis de vidro capazes de guiar a luz já estavam prontas para algumas aplicações, principalmente graças a duas contribuições científicas. Por um lado, o indiano Narinder Singh Kapany e seu orientador de doutorado Harold Hopkins, trabalhando no Imperial College London (Inglaterra), venceram o desafio tecnológico de fabricar um feixe de fibras de vidro que deu conta de transmitir uma imagem com qualidade. O feixe, que os autores chamaram de fibroscópio, tinha várias centenas de fibras de 75 cm de comprimento. Por outro lado, o neerlandês Abraham C.S. van Heel, da Technical University of Delft (Países Baixos), demonstrou com sucesso a ideia de revestir as fibras de vidro com materiais de menor índice de refração para conseguir a reflexão total (ou quase). Ambos os trabalhos foram publicados na mesma edição da revista científica Nature (volume 173, número 4392). Lançada em 2 de janeiro de 1954, a edição pode ser considerada um marco no campo das fibras ópticas. Os artigos tornaram públicas importantes desenvolvimentos e demonstrações, e incentivaram o desenvolvimento de produtos.

Detalhe da patente sobre fabricação de fibra de vidro revestida com vidro. Fonte: https://patents.google.com/patent/US3589793A/en?inventor=Lawrence+E.+Curtiss

Um desses produtos foi o gastroscópio (endoscópio para explorar o estômago) flexível, que começou a se materializar quando Basil Hirschowitz, cirurgião nativo da África do Sul e formado em gastroenterologia em Londres, leu os papers da Nature que acabamos de citar. O cirurgião estava naquele momento fazendo um estágio de pesquisa na University of Michigan (EUA) e ali recrutou um estudante da graduação em Física chamado Lawrence Curtiss. O jovem Larry, que aparentemente era muito capaz, envolveu-se fortemente no projeto, o suficiente para não desistir perante as dificuldades que foi encontrando ao tentar reproduzir os processos reportados nos artigos e ao tentar diminuir as perdas de luz das fibras. Em 1956, Curtiss acabou fazendo uma importante contribuição ao desenvolvimento da fibra óptica: desenvolveu a primeira fibra com núcleo e revestimento de vidro. De fato, ele conseguiu tornar realidade a sua ideia de revestir uma fibra feita de determinado vidro, com outro vidro de índice de refração menor. Para isso, ele desenvolveu um método de fabricação simples: introduzir uma vara do vidro do núcleo dentro de um tubo do outro vidro, aquecer tudo junto e puxar uma fibra do meio. As fibras resultantes ficaram extremamente finas, de cerca de 5 micrometros. Em 1957, o pedido de patente dessa fibra óptica e do processo de obtenção foi depositado, e em 1971 foi outorgado.

No mesmo ano do depósito da patente da fibra, Hirschowitz começava a testar e divulgar o endoscópio de fibra óptica com núcleo e revestimento de vidro. O endoscópio flexível possibilitou, posteriormente, uma série de significativos avanços na medicina, como a realização de cirurgias minimamente invasivas como a videolaparoscopia.

Contudo, na década de 1950, ainda não encontramos aplicações ou tentativas de aplicação da fibra óptica nas comunicações da época (telefonia, rádio, televisão). Entretanto, a transmissão de dados através de fios de cobre começava a não dar conta do recado. Em 1956, foi instalado o primeiro cabo telefônico transatlântico que de fato funcionou, mas ele permitia realizar apenas 36 chamadas simultâneas…

Por outro lado, o laser acabava de ser inventado, abrindo possibilidades de transportar informação (inclusive voz) codificada na luz. Para isso era necessário contar com um meio que guiasse a luz pelos trajetos desejados.

Se para nós, em 2018, é óbvio que esse meio é a fibra óptica, cinquenta e poucos anos atrás, ela era descartada por muitos pesquisadores. Por quê? Por causa da forte atenuação (perda de luz ao longo do caminho) que as fibras apresentavam naquele momento. A quantidade podia ser desprezível para um endoscópio de menos de um metro, porém era extremamente significativa em um cabo de milhares de quilômetros.

Novos trabalhos de desenvolvimento eram necessários. Novos pesquisadores entrariam em cena. Quem, quando, onde e como? Em breve lhe contaremos.

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Dica de leitura sobre este assunto: Hecht, “City of light. The story of fiber optics”, Oxford University Press (1999).

Breves entrevistas com cientistas: Bernhard Keimer (Instituto Max Planck de Pesquisa em Estado Sólido, Alemanha).

Posted on quinta-feira 28 de junho de 2018

Supercondutividade e magnetorresistência gigante são exemplos de fenômenos que podem ocorrer em alguns materiais ou sistemas a partir da chamada “correlação eletrônica”, na qual o comportamento de um elétron é fortemente influenciado pelo comportamento de outros elétrons do mesmo sistema.

Em um dos Institutos Max Plank, localizado em Stuttgart, na Alemanha, um grupo de pesquisadores liderados pelo professor Bernhard Keimer trabalha duro para entender e controlar o comportamento de elétrons correlacionados. Para isso, a equipe produz heteroestruturas (estruturas compostas de diversos materiais com características diferenciadas) de óxidos metálicos, e as caracteriza utilizando uma série de técnicas experimentais, principalmente de espectroscopia.

O professor Keimer estará no XVII Encontro da SBPMat em setembro falando sobre esse programa de pesquisa na palestra “Espectroscopia de excitações coletivas em heteroestruturas de óxidos”. Em sua palestra plenária, Keimer apresentará métodos e resultados, incluindo algumas possibilidades de controlar fenômenos gerados por correlação eletrônica.

Bernhard Keimer é diretor do Instituto Max Planck de Pesquisa em Estado Sólido e professor honorário da Universidade de Stuttgart desde 1998. De 1992 a 1998, foi professor de Física na Universidade de Princeton. Ele se formou em Física pela Universidade Técnica de Munique em 1985 e, em 1991, obteve seu PhD em Física pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), onde permaneceu por um ano como pós-doutorado. De acordo com o Google Scholar, Keimer tem um índice H de 86 e sua produção científica tem mais de 24.500 citações.

Veja nossa minientrevista com este cientista alemão.

Boletim da SBPMat: – Um dos objetivos da pesquisa que você realiza com sua equipe no Instituto Max Plank é controlar o comportamento de elétrons fortemente correlacionados, certo? Na sua opinião, quais poderiam ser as aplicações mais promissoras? Comente em breve, por favor.

Bernhard Keimer: – Correlações quânticas entre elétrons geram uma grande variedade de fenômenos de ordenação eletrônica com propriedades macroscópicas muito diferentes. Entender e controlar o comportamento coletivo dos elétrons em “materiais quânticos” é um grande desafio intelectual para a pesquisa fundamental. A longo prazo, a pesquisa em materiais quânticos pode permitir o design de uma nova geração de dispositivos baseados no fluxo de elétrons com dissipação mínima ou mesmo zero.

Boletim da SBPMat: – Queremos saber mais sobre o seu trabalho. Por favor, escolha um artigo seu (o seu favorito) relacionado ao assunto da palestra plenária, descreva-o brevemente e compartilhe a referência.

Bernhard Keimer: – Como introdução geral à física de materiais quânticos, recomendo um artigo de revisão recente (B. Keimer e J.E. Moore, Nature Physics 13, 1045 (2017)). Um tópico particularmente fascinante é a supercondutividade em alta temperatura. Meu grupo usa heteroestruturas e super-redes para investigar novos fenômenos coletivos emergentes na interface entre supercondutores de alta temperatura e outros materiais quânticos. Como um exemplo, a figura abaixo mostra um caleidoscópio de fases quânticas em uma camada fina de 50 nm de um supercondutor de óxido de cobre prensado entre duas camadas de um ferromagneto de óxido (A. Frano et al., Nature Materials 15, 831 (2016)). Meu grupo está desenvolvendo métodos espectroscópicos que permitem a visualização dessas fases com resolução em profundidade.

Esta figura esquemática mostra os fenômenos de ordenação eletrônica em uma camada do supercondutor de alta temperatura YBa2Cu3O7 (YBCO) entre duas camadas ferromagnéticas de óxido de manganês em função da temperatura (T) e da distância ao longo da camada. FM = ferromagnetismo, SC = supercondutividade, AFI = isolante antiferromagnético, SDW = onda de densidade de spin, CDW = onda de densidade de carga. O gráfico abaixo mostra a densidade dos portadores de carga móvel, p, em função da distância. (A. Frano e outros, Nature Materials 15, 831 (2016)).

Para mais informações sobre este palestrante e a palestra plenária que ele proferirá no XVII Encontro da SBPMat/B-MRS Meeting, clique na foto do palestrante e no título da palestra: https://www.sbpmat.org.br/17encontro/home/

Breves entrevistas com cientistas: Junbai Li (Academia Chinesa de Ciências).

Posted on segunda-feira 18 de junho de 2018

Com moléculas semelhantes àquelas que a natureza usa para formar proteínas, o professor Junbai Li produz nanomateriais para aplicações biomédicas. Mais precisamente, o cientista chinês usa um aminoácido conhecido como difenilalanina como unidade básica para formar estruturas baseadas em peptídeos (cadeias de aminoácidos) por meio de processos de automontagem. Embora esses processos ocorram espontaneamente, o Prof. Li tem suas próprias receitas para controlar o formato das estruturas resultantes.

A fabricação e aplicações desses nanomateriais automontados serão objeto da palestra plenária do Professor Li no XVII Encontro da SBPMat/ B-MRS Meeting, intitulada “Molecular Assembly of Peptide Based Materials towards Biomedical Application“.

Junbai Li é professor do Instituto de Química da Academia Chinesa de Ciências. Ele é autor de mais de 280 artigos publicados em revistas internacionais, proprietário de 20 patentes concedidas e 8 capítulos de livros. Ele também é o organizador de 5 livros. Sua produção científica tem 10.100 citações e seu índice h é 55. Li atua como editor-chefe da revista Colloids & Surfaces A (Elsevier) e editor da seção de auto-montagem na Current Opinion em Colloid & Interface Science (Elsevier). Junbai Li recebeu seu Ph.D. em Química pela Universidade de Jilin (China) em 1992 e realizou pós-doutorado no Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces (Alemanha) de 1994 a 1996.

Veja nossa mini entrevista com o professor Li.

Boletim da SBPMat: – Na sua opinião, quais são as aplicações mais promissoras de materiais auto-organizados baseados em peptídeos e por quê?

Junbai Li: – Nanoestruturas baseadas em peptídeos têm atraído atenção considerável devido à sua biocompatibilidade, capacidade de reconhecimento molecular e estruturas bem definidas. Em primeiro lugar, os dipéptidos catiônicos auto-agrupam-se em nanotubos a valores fisiológicos de pH, e estes nanotubos dipeptídicos catiônicos podem também rearranjar-se para formar vesículas após a diluição. Além disso, eles podem atravessar as membranas celulares e ser absorvidos pelas células após a conversão espontânea em vesículas. Com essa propriedade de superfície com alta carga positiva, materiais auto-montados baseados em peptídeos podem ser efetivamente usados para a transferência e entrega gênica. Em segundo lugar, os pontos quânticos traçados (QDs) podem ser bem distribuídos em um gel à base de peptídeos contra a agregação e oxidação de QDs para melhorar a estabilidade para bioimagem e biossensores.

Boletim da SBPMat – Queremos saber mais sobre o seu trabalho. Por favor, escolha dois artigos / patentes de sua autoria (seus favoritos) e descreva-os brevemente. Também compartilhe as referências.

Junbai Li: – Nosso grupo trabalhou na automontagem de dipeptídeos aromáticos por um longo tempo. Descobrimos que o tratamento criogênico em 77 K permitiu a transição sintonizável de um organogel de difenilalanina auto-agregado em um cristal hexagonal e formar uma estrutura cristalina quiral bem definida. Esses conjuntos exibem emissão aprimorada. (X.C. Liu, et ai. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 2660-2663). https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201612024

Outro trabalho: sob iluminação, um gerador fotoácido de vida longa libera um próton e medeia a dissociação do organogel baseado em dipeptídeos, resultando na formação de sol. Na escuridão, a porção fotossensível aprisiona um próton para levar à regeneração do gel. Ele abre uma nova possibilidade para a transição de fase controlada por luz de biomateriais baseados em peptídeos. (X. B. Li, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 1903-1907). https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201711547

a) Encapsulamento dos nanocristais de CdSeS em gel dipeptídico. Fotografia PL de quatro diferentes géis QDs encapsulados, imagem TEM dos nanocristais QD523 encapsulados na rede de fibrilas e imagem ampliada do TEM dos nanocristais QD523 imobilizados na fibrila. (X. H. Yan, et al., Chem. Mater. 2008, 20, 1522-1526). b) Imagens TEM de nanocontêineres à base de FF após incubação a pH 5,0, 7,2 e imagem óptica da medição de coagulação in vivo. (J. B. Fei, et al., Adv. Healthcare Mater. 2017, 6, 1601198). c) Guia de ondas ópticas de cristais simples dipeptídicos. Imagem de fotoluminescência de plaquetas excitadas a 330-380 nm. O círculo vermelho marca a área de excitação e a seta verde indica o acoplamento externo da emissão de PL na outra extremidade. (X. H. Yan, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11186-11191). d) Caracterização de cristais simples ultralongos FF. Imagem, imagem 3D-AFM e padrão SAED de cristais simples FF depositados em uma superfície de sílica. (B. B. Sun, et al., ACS Nano 2017, 11, 10489-10494)

Boletim da SBPMat – 69ª edição.

Posted on sexta-feira 1 de junho de 2018

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Boletim da
Sociedade Brasileira
de Pesquisa em Materiais

Edição nº 69. 31 de maio de 2018.

Artigo em Destaque

A partir de uma linha de costurar, de algodão, uma equipe científica desenvolveu um material que conduz eletricidade e tem ação antibacteriana. A linha condutora demonstrou desempenho muito bom ao ser usada como aquecedor elétrico e como eletrodo de supercapacitor. Flexível, confortável ao toque e fácil de ser incorporada a qualquer produto usando uma agulha, a linha condutora é um material promissor para compor eletrônicos vestíveis, como camisetas armazenadoras de energia. O trabalho foi totalmente realizado na Univasf (Juazeiro, BA) e foi reportado em artigo da Applied Materials and Interfaces. Saiba mais.

Cientista em Destaque

Entrevistamos Joan Ramón Morante Lleonart, diretor do Instituto de Pesquisa em Energia da Catalunha, professor da Universidade de Barcelona e editor-chefe do Journal of Physics D. Os trabalhos deste cientista se inserem nos esforços para tornar real a “economia circular do carbono”, na qual o dióxido de carbono vira matéria-prima. Para isso, é necessário desenvolver uma série de materiais, principalmente catalíticos. O professor Morante abordará esses assuntos em palestra plenária do XVII B-MRS Meeting. Veja a entrevista.

XVII Encontro da SBPMat/ B-MRS Meeting
(Natal, RN, 16 a 20 de setembro de 2018)

Some-se a nós, junto à praia, e faça parte desta grande reunião, onde ciência e tecnologia se agregarão à natureza para uma experiência ideal de aprendizagem e intercâmbio!

O evento recebeu cerca de 1.700 trabalhos de autores de 42 países do mundo e de todas as regiões do Brasil! Saiba mais.

Submissão de resumos corrigidos. Encerra no dia 8 de junho a submissão da nova versão dos trabalhos que precisam ser corrigidos para serem aceitos.

Prêmios para estudantes. Até 18 de junho, está aberta a submissão de resumos estendidos para candidatar trabalhos de estudantes aos prêmios Bernhard Gross e ACS Publications. Saiba mais.

Inscrições. Aproveite os valores com desconto até 31 de julho, e o desconto especial para sócios SBPMat. Saiba mais.

Auxílio Fapesp. Informações sobre o pedido de auxílio coletivo à Fapesp para pesquisadores do estado de São Paulo, aqui.

Hospedagem, transfer e passeios. Veja opções da agência de turismo oficial do evento, a Harabello. Aqui.

Palestras plenárias. Saiba quem são os 8 cientistas de renome internacional que proferirão as plenárias do evento e quais são os temas das palestras. Veja aqui.

Palestra memorial. A Memorial Lecture “Joaquim da Costa Ribeiro” será proferida pelo professor Fernando Galembeck, na abertura do evento.

Simpósios. Veja a relação dos 21 simpósios que compõem o evento. Aqui.

Expositores e patrocinadores. 18 empresas já reservaram seus estandes e 14 entidades participam do evento com outras formas de apoio e divulgação. Empresas interessadas em participar do evento podem entrar em contato com Alexandre no e-mail comercial@sbpmat.org.br.

Organizadores. O coordenador do evento é o professor Antonio E. Martinelli (UFRN). Conheça a equipe do comitê organizador.

Centro de convenções. O evento será realizado no centro de convenções do Hotel Praiamar, localizado a metros da famosa praia de Ponta Negra. Saiba mais.

Novidades dos Sócios SBPMat

O sócio Victor Pandolfelli (UFSCar) foi reeleito membro do advisory board da World Academy of Ceramics (WAC), onde será um dos três representantes do continente americano. Saiba mais.

Seja Sócio SBPMat: anuidade 2018 e novos sócios

Se você, estudante ou profissional, ainda não é sócio SBPMat, está convidado a fazer parte. Sócios em dia se beneficiam com descontos nos eventos da SBPMat e de entidades parceiras, podem participar de prêmios da SBPMat e parceiros, divulgar suas novidades nos canais da SBPMat, e votar e ser votados nas eleições da sociedade, entre outras vantagens. Além disso, contribuem para que a SBPMat possa promover ações junto à comunidade de pesquisa em Materiais.

Se você já é sócio SBPMat, poderá encontrar seu boleto referente à anuidade 2018 na sua área de sócio, inserindo login e senha no cabeçalho do site da SBPMat.

Saiba mais.

Dicas de Leitura

Cientistas conseguem gerar correntes de spin em materiais supercondutores, abrindo possibilidades para computação de alto desempenho (paper da Nature Materials). Saiba mais.
Como se fosse um sistema biológico, novo material eletrônico cresce ou se reduz sozinho em resposta a sinais bioquímicos (paper da Nature Chemistry). Saiba mais.
Desenvolvido por cientistas, novo método de cura de polímeros de alto desempenho, usados em aviões e carros, é muito mais rápido, econômico e ecológico (paper da Nature). Saiba mais.
Magnetização ultraeficiente de um material usando apenas luz: pesquisa da USP demonstrou que 1 fóton pode ordenar os spins de 6 mil elétrons em 50 picossegundos (paper da Physical Review Letters). Saiba mais.
Artigo de revisão com participação de pesquisadores do Brasil: fabricação de materiais 2D de carbono para aplicações em conversão e armazenamento de energia (Progress in Energy and Combustion Science). Saiba mais.
Artigo de capa com participação brasileira apresenta borracha nitrílica, material usado em indústrias como a petroquímica, com propriedades mecânicas melhoradas graças à adição de nanopartículas híbridas (paper do Journal of Applied Polymer Science). Saiba mais.

Oportunidades

Abertas as inscrições para o Doutorado em Ciências Exatas (Materiais) da UFG-Catalão. Saiba mais.
Inscrições abertas para prêmios para mulheres cientistas e iniciativas que promovam a presença feminina na ciência, tecnologia, engenharia e matemática. Saiba mais.
Oportunidade de mestrado em Engenharia de Materiais na UFSCar. Saiba mais.

Eventos

Photonic Colloidal Nanostructures: Synthesis, Properties, and Applications (PCNSPA 2018). São Petersburgo (Rússia). 4 a 6 de junho de 2018. Site.
7th International Congress on Ceramics (ICC7). Foz do Iguaçu, PR (Brasil). 17 a 21 de junho de 2018. Site.
IX Método Rietveld. Fortaleza, CE (Brasil). 16 a 20 de julho de 2018. Site.
International Conference on Electronic Materials 2018 (IUMRS-ICEM). Daejeon (Coreia do Sul). 19 a 24 de agosto de 2018. Site.
Symposium “Nano-engineered coatings, surfaces and interfaces” no “XXVII International Materials Research Congress”. Cancun (México). 19 a 24 de agosto de 2018. Site.
8th International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA2018). Maresias, SP (Brasil). 26 a 31 de agosto de 2018. Site.
16th International Conference on Molecule-based Magnets (ICMM2018). Rio de Janeiro, RJ (Brasil). 1 a 5 de setembro de 2018. Site.
XVII Encontro da SBPMat/ B-MRS Meeting. Natal, RN (Brasil). 16 a 20 de setembro de 2018. Site.
XXXIX Congresso Brasileiro de Aplicações de Vácuo na Indústria e na Ciência (CBrAVIC). Joinville, SC (Brasil). 8 a 11 de outubro de 2018. Site.
São Paulo School of Advanced Science on Colloids (SPSAS Colloids). Campinas, SP (Brasil). 28 de outubro a 7 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.

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Breves entrevistas com cientistas: Joan Ramón Morante Lleonart (Instituto de Pesquisa em Energia da Catalunha, Espanha).

Posted on quarta-feira 30 de maio de 2018

Vilão no aquecimento global e na acidificação oceânica, o excesso de dióxido de carbono gerado pelas atividades humanas pode ser usado para produzir compostos muito úteis.

Um exemplo é a produção de combustíveis a partir de dióxido de carbono, água e luz solar por meio de processos semelhantes à fotossíntese, nos quais os materiais catalíticos podem desempenhar um papel fundamental ao aumentar significativamente a eficiência das reações.

Nesse contexto, pesquisadores de vários países estão trabalhando em uma série de desafios científicos e tecnológicos relacionados à “reciclagem” de dióxido de carbono. O objetivo final desses esforços é tornar real a chamada “economia circular de carbono” – um sistema baseado no uso de dióxido de carbono, energia renovável e materiais ecologicamente corretos, e no princípio de minimizar o desperdício e maximizar a reutilização.

Um desses cientistas é Joan Ramón Morante Lleonart, diretor do Instituto de Pesquisa em Energia da Catalunha (IREC) e professor da Faculdade de Física da Universidade de Barcelona. Morante, que obteve seu diploma de doutorado em Física pela Universidade de Barcelona, é também o editor-chefe do Journal of Physics D: Applied Physics (IOP Publishing). De acordo com o Google Scholar, sua produção científica tem mais de 24.000 citações e seu índice h é 82.

Este cientista espanhol estará em setembro no XVII Encontro da SBPMat, onde oferecerá uma palestra plenária intitulada “Materiais catalisadores para refinarias solares, combustíveis sintéticos e procedimentos para uma economia circular do CO2”.

Veja nossa breve entrevista com o professor Morante.

Boletim da SBPMat: – Quais materiais podem desempenhar um papel importante na economia circular do CO2?

Joan Ramón Morante Lleonart: – A economia circular de CO2 abrange diferentes materiais. Primeiro, o próprio CO2 que deve ser capturado e purificado. Esses processos não são diretos e exigem o aprimoramento dessas etapas, principalmente o desenvolvimento de materiais para membranas que ajudam a separar adequadamente o CO2 de outros componentes que, embora menores, como o enxofre, podem degradar os materiais catalíticos.

Isso é necessário tanto para a captura de CO2 do carbono de origem fóssil, quanto para o CO2 contido nos processos de fermentação e putrefação que produzem biogás.

No entanto, além do processo de “caking”, o ponto mais crítico que requer a contribuição de um profundo conhecimento dos materiais é o passo da transformação catalítica do CO2 para alcançar sua redução direta a produtos como CO, metanol, ácido fórmico, etc. Ou a sua transformação, utilizando outras matérias-primas, em metano (metano sintético) ou outros produtos, por exemplo, por hidrogenação de CO2 (metanização de acordo com a reação denominada reação de Paul Sabatier).

Esses processos exigem não apenas o desenvolvimento de catalisadores eficientes, mas também materiais para novos reatores que combinem resistência ao uso, sendo capazes de resistir a condições corrosivas, junto com capacidade de dissipação térmica em alguns casos, ou condutividade elétrica em outros casos, ou condições de iluminação para os casos em que a solução passa pela direta transformação de CO2 usando os fótons do sol.

O desenvolvimento desses materiais oferece uma oportunidade magnífica para aplicar nanomateriais, sendo necessário ter grandes superfícies ativas por grama de material e características controladas no nível nanométrico, evitando fenômenos de degradação.

Todas essas características constituem uma grande oportunidade para o desenvolvimento de ciência e tecnologia, promovendo, ao mesmo tempo, a transferência da ciência para um conhecimento maior, bem como novas oportunidades de negócios, respondendo a um verdadeiro problema de nossa sociedade, pois é o consumo de fontes de energia fóssil que gera mudanças climáticas.

Boletim da SBPMat: – Queremos saber um pouco mais sobre seu trabalho. Escolha sua contribuição científica favorita e descreva-a brevemente, além de compartilhar a referência.

Joan Ramón Morante Lleonart: – Há alguns anos, eu estava trabalhando na compatibilidade de diferentes materiais com os processos de microeletrônica, procurando apenas a integração de diferentes funcionalidades (sensores e atuadores) com as unidades de processamento. De certa forma, é uma atividade biomimética porque a comunidade científica tenta fazer algo semelhante aos seres vivos, isto é, colocar os sentidos (sensores) para ter um sinal como informação e conectá-lo a um cérebro (processadores) para processá-lo.

Nestas atividades foi necessário gerar sinais elétricos e controlá-los. A partir disso, passei a gerar sinais elétricos em diferentes ambientes, só que considerados não como sinais de informação, e sim como fontes de energia.

Também neste caso, os melhores resultados foram obtidos controlando esses fenômenos em escala nanométrica, e é por isso que agora minhas atividades estão focadas em “nano energia” para produzir GWh.

Atualmente, estou focado nos mecanismos de transferência de energia em interfaces sólidas envolvendo elétrons, fótons e fônons, bem como compostos químicos. Da mesma forma, sou especializado no desenvolvimento de dispositivos e sistemas de energia renovável para aplicações no campo da energia e meio ambiente baseados em nanoestruturas e sua funcionalização. Por isso, prestei atenção em materiais e estruturas avançadas para fotossíntese artificial, incluindo a produção de hidrogênio e combustíveis em refinarias solares. Um dos meus principais objetivos é armazenar a energia elétrica além do bombeamento hidráulico ou a capacidade limitada usando baterias. O armazenamento químico usando hidrogênio ou metano ou biometano sintético constitui meu principal objetivo, embora eu também esteja trabalhando em baterias eletroquímicas.

Então, se eu verificar meus últimos artigos publicados, por um lado, eu poderia destacar “Recent developments in organic redox flow batteries: A critical review ” publicado no Journal of Power Sources, que vai além das abordagens de íons de lítio para baterias. Por outro lado, eu gostaria de destacar “Enhanced photoelectrochemical water splitting of hematite multilayer nanowire photoanodes by tuning the surface state via bottom-up interfacial engineering” ou “A prototype reactor for highly selective solar-driven CO2 reduction to synthesis gas using nanosized earth-abundant catalysts and silicon photovoltaics”, ambos publicados no periódico Energy and Environmental Science. Especialmente o último é muito representativo das questões discutidas acima.

Boletim da SBPMat: – Escolha também uma contribuição tecnológica da qual você participou, um caso de transferência para a indústria ou uma patente, por exemplo, e faça uma breve descrição.

Joan Ramón Morante Lleonart: – Nosso instituto promove e incentiva a transferência de tecnologia e a geração de patentes apenas ligadas à sua exploração industrial.

Durante estes últimos anos, patenteamos alguns aspectos da tecnologia para produzir combustíveis solares ou sintéticos industriais. Assim, com um de nossos colaboradores industriais, algumas patentes foram realizadas como “fotoeletrônica de filtro-prensa, oxidação de água e célula de redução de CO2” ou “fotoeletrodos iluminados por interface eletrodo-substrato e suas células fotoeletroquímicas”.

No entanto, gostaria de indicar outra das patentes feitas em colaboração com outros grupos que abrem uma nova perspectiva para os materiais catalíticos para a conversão catalítica de CO2. Seu título é “procedimento para a redução de dióxido de carbono a metano por catalisador ativado por plasma DBD” e lida com o desenvolvimento de novos conceitos de materiais catalíticos que são submetidos à ação de um plasma que altera todas as condições das reações químicas que ocorrem na superfície do catalisador ao mesmo tempo que o próprio plasma contribui com uma energia complementar para ter um comportamento catalítico diferente. Isso permite desenvolver outros comportamentos e conceitos. Assim, foi conseguido em condições adiabáticas ter uma taxa de conversão de CO2 à temperatura ambiente comparável à de um processo de conversão termoquímica isotérmica padrão a 300-400 °C. Isso abre novas rotas para implementar reatores mais econômicos e de alto desempenho.

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