Artigo em destaque: Átomos unidos, filmes aderidos.


O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:  Identification of the Chemical Bonding Prompting Adhesion of a-C:H Thin Films on Ferrous Alloy Intermediated by a SiCx:H Buffer Layer. F. Cemin, L. T. Bim, L. M. Leidens, M. Morales, I. J. R. Baumvol, F. Alvarez, and C. A. Figueroa. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7 (29), pp 15909–15917. DOI: 10.1021/acsami.5b03554.

Átomos unidos, filmes aderidos

Partindo de um olhar inovador lançado sobre um problema acadêmico e industrial, uma pesquisa integralmente realizada no Brasil trouxe avanços significativos no entendimento da adesão de filmes de DLC (diamond-like carbon) a aços. Os resultados do trabalho, que foram recentemente publicados na revista Applied Materials and Interfaces da American Chemical Society (ACS), podem ajudar a otimizar essa adesão, prolongando assim a vida útil dos filmes de DLC e ampliando seu uso na indústria.

A equipe de cientistas se interessou, em particular, no potencial do DLC para aumentar a eficiência energética de motores de combustão interna. De fato, se todos os componentes do motor de um automóvel fossem revestidos com filmes de DLC, o dono desse carro gastaria de 5 a 10 % menos com combustível e pouparia o meio ambiente de uma boa dose de emissões de gases de efeito estufa e outros poluentes, entre outras vantagens. O motivo de tal economia reside no ultrabaixo atrito que o DLC apresenta, desde que o atrito é a força culpada por desperdiçar combustível ao oferecer resistência ao movimento que as peças do motor a combustão realizam entre si.

Entretanto, o DLC tem uma desvantagem: não adere ao aço, fazendo com que os filmes se soltem do substrato rapidamente. Para contornar esse problema, tanto no laboratório quanto na indústria, costuma-se depositar em cima do aço uma camada contendo silício, conhecida como camada intermediária. O filme de DLC deposita-se em cima dela. Como resultado, é obtido um “sanduíche” que não se desmancha facilmente.

No trabalho publicado no periódico da ACS, os autores analisaram experimentalmente um “sanduíche” formado por um substrato de aço, uma intercamada de carbeto de silício (SiC) e um filme de DLC. Tanto a intercamada quanto o filme foram depositados por um rápido processo, que gerou camadas muito finas, de alguns nanometros (até 10). Duas questões, principalmente, diferenciaram este estudo de outros trabalhos similares encontrados na literatura científica. Em primeiro lugar, o foco da equipe foi analisar o que ocorria em duas regiões, correspondentes às interfaces que a intercamada apresenta com o filme (superior) e com o aço (inferior). Em segundo lugar, os cientistas lançaram um olhar químico sobre a questão da adesão.

“Neste trabalho foi identificada a estrutura química que gera adesão nas interfaces inferior (SiCx:H/aço) e superior (a-C:H/SiCx:H) que compõem a estrutura sanduíche de a-C:H/SiCx:H/aço”, resume Carlos A. Figueroa, professor da Universidade de Caxias do Sul (UCS) e autor correspondente do artigo. “Os mecanismos encontrados na bibliografia levantavam aspectos físicos ou mecânicos, mas não químicos”, relata Figueroa, que se formou em Ciências Químicas pela Universidade de Buenos Aires (UBA) e fez doutorado em Física pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). “Entretanto, a adesão é gerada pela somatória de todas as ligações químicas individuais que existem entre o DLC, a intercamada e o aço”, completa.

Os cientistas mantiveram constante a temperatura de deposição do filme, mas variaram a temperatura de deposição da intercamada, gerando amostras depositadas a 100° C e outras a mais de 300° C. Após analisá-las por meio de uma série de técnicas, principalmente, a de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, conhecida como XPS, os pesquisadores identificaram que a interface inferior da intercamada, independentemente da temperatura de deposição, era amplamente composta por átomos de silício (da intercamada) ligados a átomos de ferro (do substrato). Na interface superior da intercamada, a equipe notou diferenças conforme a temperatura de deposição da intercamada. Nas amostras depositadas a 100° C, átomos de oxigênio apareciam ligados a muitos dos átomos de silício e carbono, impedindo que o carbono do filme se una fortemente ao silício da intercamada, e resultando num filme sem boa adesão. Já nas amostras depositadas a mais de 300° C, os cientistas não encontraram oxigênio na interface, e sim ligações entre átomos de carbono e de silício, as quais deixaram o filme bem aderido à intercamada.

Ilustração esquemática das ligações químicas presentes nas interfaces superior e inferior da intercamada depositada a 100° C (esquerda) e a mais de 300° C (direita). No centro, um pino de motor real exibe, na metade esquerda, um filme de DLC (em cor preta) delaminado sobre intercamada depositada a 100° C e, na metade direita, o mesmo filme bem aderido sobre a intercamada depositada a mais de 300° C.

Além de Figueroa e estudantes do grupo de pesquisa que ele lidera na UCS, assinam o artigo pesquisadores do Instituto de Física da Unicamp, onde foram realizadas as medidas de XPS, e um cientista da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) que, junto aos demais, participou da discussão dos resultados.

O trabalho recebeu financiamento de agências de fomento à ciência brasileiras (Capes, CNPq por meio do INCT Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, Fapergs), da Petrobras, UCS, da Comissão Europeia (Marie Skłodowska – Curie Actions) e da empresa Plasmar Tecnologia. Essa empresa está desenvolvendo, por meio de um projeto aprovado no edital TECNOVA RS, um reator industrial para depositar DLC sobre aço visando aumentar a eficiência energética de motores de automóveis.

Oportunidade de bolsas de pós-doutorado junto ao DIMARE/INPE.


O grupo DIMARE (Diamante e Materiais Relacionados) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE– São José dos Campos) anuncia a disponibilidade de 2 (duas) bolsas de Pós-Doutorado Júnior (PDJ) do CNPq para início imediato, por um período de 12 (doze) meses, com possibilidade de prorrogação. Os bolsistas selecionados desenvolverão os seguintes projetos:

Projeto 1 – Incorporação de nano partículas no crescimento de filmes de DLC para aplicações Espaciais e Biológicas  (1 bolsa).

Projeto 2 – Estudo teórico-experimental da síntese de Diamante-CVD mono e policristalino visando aplicação em conversores termiônicos (1 bolsa).

Requisitos do candidato à bolsa PDJ

O candidato indicado para recebimento da bolsa de pós-doutorado júnior deverá atender aos seguintes requisitos:

a) possuir título de doutor há menos de 7 anos, quando da implementação da bolsa, no caso de proposta aprovada;

b) dedicar-se às atividades programadas;

c) não acumular a presente bolsa com bolsas concedidas por qualquer agência de fomento nacional;

Os interessados devem enviar um e-mail para o Prof. Vladimir Jesus Trava Airoldi (vladimir.airoldi@inpe.br) informando o link para o Currículo Lattes e em qual o projeto gostariam de trabalhar.

Gente da nossa comunidade: entrevista com Fernando Lázaro Freire Junior.


O professor Fernando Lázaro Freire Júnior.

No dia 6 de maio, na Escola Naval do Rio de Janeiro, a Academia Brasileira de Ciências (ABC) realizou a cerimônia de posse de seus novos membros, eleitos em um processo de indicação e avaliação por pares realizado ao longo de 2013. Na oportunidade, 24 cientistas foram empossados como membros titulares da ABC. Entre eles, na área de Ciências Físicas, estava o professor Fernando Lázaro de Freire Junior, pesquisador da área de Materiais e ex-presidente da SBPMat.

Tendo em mente a ideia de ser pesquisador, Fernando Lázaro optou, na graduação, pelo Bacharelado em Física na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio), formando-se em 1978.  Em 1979 começou a lecionar nessa universidade enquanto fazia, na mesma instituição, o mestrado (1979-1981) e o doutorado (1981-1985) em Física. Nesse período da pós-graduação, Fernando Lázaro fez suas primeiras intervenções científicas na área de Materiais por meio de um acelerador de íons, inicialmente utilizado por ele para trabalhos de Física Atômica.  Em 1998 foi à Università degli Studi di Padova (Itália) para fazer pós-doutorado, trabalhando com superfícies e interfaces de materiais.

De 2003 a 2008 foi Diretor do Departamento de Física da PUC-Rio. De 2008 a 2012 coordenou a Área de Física e Astronomia da Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ). Na Europhysics Letters (publicação da Sociedade Europeia de Física), foi coeditor entre 2006 e 2010 e advisory editor de 2010 a 2013. Na SBPMat, cumpriu dois mandatos consecutivos como presidente,  dois como diretor científico e um como diretor financeiro.

Atualmente, Fernando Lázaro é professor titular da PUC-Rio e diretor do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), além de membro do Conselho Superior da FAPERJ e coordenador do INCT de Engenharia de Superfícies. Autor de mais de 170 artigos científicos com mais de 2.500 citações, é bolsista de Produtividade em Pesquisa do CNPq – nível 1 A. Entre seus trabalhos mais relevantes, constam vários estudos sobre materiais baseados em carbono: filmes de DLC (diamond-like carbon), nanotubos e, mais recentemente, grafeno.

Segue uma breve entrevista com o pesquisador.

Boletim da SBPMat: – Conte-nos um pouco sobre sua história: o que o levou a se tornar um cientista e a trabalhar na área de Materiais?

Fernando Lázaro Freire Jr.:  – Eu sempre gostei de Física e Matemática quando estudante do ensino médio, mas não tinha ideia em 1974, quando fiz a inscrição para o vestibular, que era possível fazer pesquisa no Brasil. Por isso fiz vestibular para Engenharia Elétrica na PUC-Rio e lá tomei conhecimento de que era possível fazer pesquisa em Física no Brasil. Fiz minha transferência para o curso de bacharelado em Física, facilitado porque em 1975 a PUC-Rio já tinha um Ciclo Básico comum a todo o Centro Técnico Científico. Com isso eu não perdi tempo. Estava no segundo ano de graduação. Minha pós-graduação, também na PUC-Rio, foi em Física Atômica, utilizando um acelerador de íons como ferramenta de trabalho. Como esse acelerador é também uma excelente ferramenta para análise de materiais, foi por esse caminho que entrei na área de Materiais.

Boletim da SBPMat: – Quais são, na sua própria avaliação, as suas principais contribuições à área de Materiais?

Fernando Lázaro Freire Jr.:  – A minha pesquisa sempre foi feita em colaboração com vários colegas e estudantes e acho que demos uma contribuição importante no estudo de filmes de carbono nanoestruturado (Diamond-like carbon films, DLC), como atestam as publicações com elevado número de citações e convites para palestras convidadas em vários congressos internacionais. Lógico que formar estudantes também tem sido importante, bem como a atuação na área de gestão, na PUC-Rio, CBPF e SBPMat.

Boletim da SBPMat: – Escolha algumas de suas publicações mais destacadas e, se possível, comente-as.

Fernando Lázaro Freire Jr.:  – O meu trabalho mais citado é um artigo na Applied Physics Letters em 1992 em coautoria com o Carlos Achete da COPPE/UFRJ e o Dante Franceschini, hoje na UFF, sobre a incorporação de nitrogênio em filmes DLC [Franceschini, D. F. ; Achete, C. A. ; Freire Junior, F. L. Internal Stress Reduction By Nitrogen Incorporation In Hard a-C:H Thin Films. Applied Physics Letters, New York, v. 60, p. 3229-3231, 1992]. Foi publicado na hora certa e tinha um resultado relevante para as aplicações desse material que era a redução da tensão interna do filme (fator importante no descolamento dos filmes dos substratos) sem significativa mudança em sua dureza.

Boletim da SBPMat: – Quais são, na sua opinião, os principais desafios da sua área de pesquisa atual para a Ciência e Engenharia de Materiais?

Fernando Lázaro Freire Jr.:  – Eu tenho trabalhado com nanotubos de carbono e grafeno. Para ambos a produção de amostras de boa qualidade de modo controlado e economicamente viável ainda é um grande obstáculo para a utilização desses materiais de modo mais amplo do que o que é verificado até o momento.

Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que estão iniciando suas carreiras de cientistas.

Fernando Lázaro Freire Jr.:  – Uma mensagem de estímulo. As condições materiais de trabalho hoje estão muito melhores de quando eu comecei três décadas atrás, o mesmo vale para os salários na academia. Portanto as coisas melhoraram e tendem a continuar melhorando e eu acho viável fazer pesquisa de boa qualidade e de impacto internacional no Brasil.