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| XIV SBPMat (B-MRS) Meeting – Rio de Janeiro, Sept 27 – Oct 1, 2015 |
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Materiais fabricados com a aplicação do estado-da-arte da ciência e engenharia de materiais e da nanotecnologia podem fazer com que ondas eletromagnéticas como a luz se comportem de modo extraordinário… e útil para aplicações em diversos segmentos.
Para falar sobre esse assunto, o XIV Encontro da SBPMat contará com a presença do professor Nader Engheta (Universidade de Pennsylvania, EUA), um reconhecido líder mundial da pesquisa em metamateriais – materiais criados pelo ser humano por meio de micro ou nanoengenharia, que interagem com as ondas eletromagnéticas de modos não encontrados na natureza. Os metamateriais podem esculpir as ondas para conseguir interações extraordinárias entre luz e matéria.
No Rio de Janeiro, Engheta falará sobre cenários “extremos” gerados a partir de metamateriais: luz viajando em máxima velocidade através de estruturas artificiais, dispositivos ópticos de um átomo de espessura, metamateriais que realizam operações matemáticas, circuitos miniaturizados – ópticos em vez de eletrônicos – compostos por metamateriais, e estruturas com índice de refração próximo de zero.
Já na sua infância em Teerã (capital do Irã), Nader Engheta desenvolveu uma curiosidade especial por compreender fenômenos relacionados a ondas. Foi essa curiosidade que o impulsionou a cursar a graduação em Engenharia Elétrica na Universidade de Teerã, obtendo o diploma de “Bachelor of Science”. Em 1978, foi aos Estados Unidos para continuar com a sua formação em Engenharia Elétrica no prestigiado Instituto de Tecnologia de California (Caltech). Inicialmente obteve o título de mestre e, em 1982, defendeu sua tese de doutorado, da área de eletromagnetismo. Depois de um pós-doutorado na mesma instituição, Engheta atuou como cientista na indústria por quatro anos, trabalhando novamente com eletromagnetismo.
Em 1987, foi contratado pela Universidade de Pennsylvania (Penn), onde ascendeu rapidamente na carreira de professor. Desde 2005, ocupa a cátedra H. Nedwill Ramsey de Engenharia Elétrica e de Sistemas, além de lecionar nos departamentos de Engenharia Elétrica e de Sistemas, de Física e Astronomia, Bioengenharia e Ciência e Engenharia de Materiais. Engheta é coeditor do livro “Metamaterials: Engineering and Physics Explorations“, da editora Wiley-IEEE, lançado em 2006, e autor de 28 capítulos de livros. Em 2012, foi coordenador da Gordon Research Conference on Plasmonics.
Dono de um número H de 69 segundo o Google Scholar, Engheta tem mais de 21.400 citações.
Suas contribuições à ciência e engenharia têm recebido importantes reconhecimentos e distinções de diversas entidades, como a sociedade internacional de óptica e fotônica, SPIE (“2015 SPIE Gold Medal”), a união internacional de ciência de rádio, URSI (“2014 Balthasar van der Pol Gold Medal”) e a organização internacional profissional de engenheiros elétricos e eletrônicos, IEEE (“2015 IEEE Antennas and Propagation Society Distinguished Achievement Award“, “2013 Benjamin Franklin Key Award”, “2012 IEEE Electromagnetics Award”, “IEEE Third Millennium Medal”), entre muitas outras entidades. Ele também é fellow da Materials Research Society (MRS), American Physical Society (APS), Optical Society of America (OSA), American Association for the Advancement of Science (AAAS), SPIE, and IEEE. Engheta também recebeu vários prêmios por sua atuação no ensino. Em 2006, a prestigiada revista de divulgação científica Scientific American o escolheu como um dos 50 líderes em ciência e tecnologia por seu desenvolvimento de nanocircuitos ópticos inspirados em metamateriais.
Segue uma entrevista com este plenarista do XIV Encontro da SBPMat.
Boletim da SBPMat: – Em sua opinião, quais são suas contribuições mais significativas nos temas relacionados à sua palestra plenária no XIV Encontro da SBPMat? Explique-as muito brevemente, por favor, e, se possível, compartilhe referências dos artigos ou livros resultantes, ou comente se esses estudos produziram patentes, produtos, empresas derivadas etc.
Nader Engheta: – Eu tenho muito interesse na interação luz-matéria, e no meu grupo nós exploramos diferentes métodos para manipular e otimizar a interação de ondas com estruturas materiais, tanto no domínio óptico como no das microondas. Estou muito feliz com todos os tópicos de pesquisa nos quais o meu grupo e eu temos trabalhado. Alguns desses tópicos incluem (1) O nanocircuito metatrônico óptico, no qual nós trouxemos a noção de elementos de circuito “aglomerado” (“lumped”) da eletrônica para o campo da nanofotônica, desenvolvendo um novo paradigma no qual as nanoestruturas materiais podem funcionar como elementos de circuito óptico. Em outras palavras, “materiais se tornam circuitos” operando com sinais ópticos. Dessa forma, a nanofotônica pode ser modulada de uma maneira análoga à da eletrônica. Isso permite processar sinais ópticos em nanoescala, (2) Metamateriais que podem fazer matemática: dando sequência a nosso trabalho em metatrônica óptica, nós estamos explorando como materiais projetados adequadamente (ex. materiais em camadas) podem interagir com luz de tal forma que seja possível realizar operações matemáticas com luz. Em outras palavras, nós estamos explorando as seguintes questões: Os materiais podem ser especialmente projetados para realizar processamento analógico com a luz em nanoescala? Na medida em que a luz propaga através de tais estruturas materiais projetadas adequadamente, os perfis dos sinais de saída poderiam se assemelhar aos resultados de certas operações matemáticas (tal como diferenciação ou integração) nos perfis dos sinais de entrada? Em outras palavras, nós podemos projetar materiais para operações matemáticas específicas para realizar um “cálculo fotônico” em nanoescala? (3) Cenários extremos na interação luz-matéria: isso pode incluir dimensionalidade extrema, como fotônica de grafeno como plataforma com espessura de um átomo para manipulação de luz, metamateriais extremos no qual parâmetros materiais tais como permissividade relativa e permeabilidade relativa atinjam valores próximos do zero. Essa categoria de materiais, que nós nomeamos materiais épsilon-próximo-do zero, mu-próximo do zero (MNZ) e épsilon-e-mu-próximo do zero (EMNZ) exibem características bastante interessantes em sua resposta à interação com ondas eletromagnéticas.
Referências:
Boletim da SBPMat: – Ajude-nos a visualizar os metamateriais desenvolvidos por seu grupo. Escolha um de seus materiais fotônicos favoritos e conte-nos, brevemente, do que ele é feito, qual sua propriedade principal e quais seriam suas possíveis aplicações.
Nader Engheta: – Uma das estruturas desenvolvidas pelo meu grupo é o nanocircuito metatrônico para regime de IV médio (de 8 a 14 mícrons), no qual nós adaptamos e construímos adequadamente nanobastões de Si3N4 com larguras e espessuras específicas, separados por um espaço específico. Esses arranjos de nanobastões de Si3n4 funcionam como coleções de nanoindutores ópticos, nanocapacitores ópticos e nanorresistores ópticos no IV médio. Nós demonstramos que tais estruturas se comportam como circuitos ópticos de nanoescala, com funcionalidade análoga aos filtros eletrônicos, mas aqui essas estruturas materiais operam em regimes de IV médio. Nós demostramos como essas estruturas operam como filtros ópticos no IV médio, oferecendo aplicações interessantes para futuros dispositivos e componentes ópticos integrados.
Referência:
Posteriormente, em colaboração com a minha colega professora Cherie Kagan e seu grupo na UPenn, nós ampliamos esse trabalho para o regime próximo ao IV (de 1 a 3 mícrons). Nesse caso, nós usamos o óxido de índio dopado com estanho (ITO) como o material de escolha, com projeto e padrão adequado de nanobastões de ITO. Nós também demonstramos que tais circuitos metatrônicos óticos baseados em ITO funcionam como uma plataforma interessante para circuitos e filtragem óptica. Isso pode ter interessantes possibilidades na fotônica de silício.
Referência:
Boletim da SBPMat: – Se quiser, deixe uma mensagem ou convite para sua palestra plenária aos leitores que participarão do XIV Encontro da SBPMat.
Nader Engheta: – Uma das características mais excitantes de fazer ciência é a alegria da busca do desconhecido e a emoção da descoberta. Eu sempre acredito que nós devemos seguir nossa curiosidade e nossa paixão pela descoberta. Também, em ciência e tecnologia é importante manter o equilíbrio entre a complexidade e a simplicidade na busca por soluções às inquisições científicas.
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O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Assisted deposition of nano-hydroxyapatite onto exfoliated carbon nanotube oxide scaffolds. Hudson Zanin, Cintia M. R. Rosa, Noam Eliaz, Paul W. May, Fernanda Roberta Marciano and Anderson O. Lobo. Nanoscale, v. 7, p. 10218-10232, 2015. DOI: 10.1039/C4NR07317G.
Biomaterial compósito promissor para regeneração de tecido ósseo.
Em um estudo realizado pelo Laboratório de Nanotecnologia Biomédica (NANOBIO) da Universidade do Vale do Paraíba (UniVap), em colaboração com cientistas do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e de universidades de Israel e Reino Unido, foi fabricado um biomaterial que permitiu avançar na compreensão de fases da geração de tecido ósseo in vitro (fora do contexto biológico real). O material, de baixo custo, tem potencial para ser utilizado para acelerar a regeneração de tecido ósseo in vivo – o que pode ser útil no caso de fraturas ósseas, por exemplo. Os resultados do estudo foram recentemente publicados na revista científica Nanoscale, da Royal Society of Chemistry.
Em grandes linhas, a geração natural de tecido ósseo ocorre quando umas células chamadas osteoblastos produzem a parte orgânica do osso e, num segundo momento, depositam sobre ela a parte inorgânica, a hidroxiapatita, de fórmula química Ca5(PO4)3(OH). A deposição natural da hidroxiapatita é um processo de biomineralização (produção de minerais por parte de organismos vivos). A biomineralização ainda não é completamente compreendida, mas seu entendimento é de grande importância para o desenvolvimento de aplicações visando a regenerar tecido ósseo ou fixar implantes em ossos.
“O artigo colabora com o entendimento do processo de precipitação da hidroxiapatita carbonatada in vitro em curtos períodos de tempo sobre superfícies tridimensionais a base de nanohidroxiapatita, nanotubos de carbono verticalmente alinhados e grafeno”, diz o professor/pesquisador Anderson de Oliveira Lobo, engenheiro biomédico com mestrado e doutorado em Física e Química de Materiais, que assina o paper como autor correspondente.
Em colaboração com o grupo de Diamantes e Materiais Relacionados (DIMARE) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), representado pelo pesquisador Evaldo José Corat, a equipe do NANOBIO, coordenada pelos professores Anderson de Oliveira Lobo e Fernanda Roberta Marciano, produziu arcabouços de nanotubos de carbono alinhados verticalmente. Os nanotubos passaram por um processo de oxidação superficial pela técnica de plasma etching, que exfoliou suas pontas, gerou óxido de grafeno e, dessa maneira, criou um ambiente mais propício para a formação de núcleos de nanohidroxiapatita na etapa seguinte da fabricação do material, a eletrodeposição. Essa técnica de deposição foi a escolhida porque, entre os métodos conhecidos, gera a apatita artificial mais similar à biológica em termos de microestrutura e dimensões. Para definir os parâmetros da eletrodeposição por meio de estudos eletroquímicos, os pesquisadores do Brasil pediram a colaboração de um especialista no assunto em nível mundial, o cientista Noam Eliaz da Universidade de TelAviv. Após a eletrodeposição, a equipe obteve um material compósito que manteve as propriedades biológicas da hidroxiapatita, com a vantagem de que a presença de nanotubos de carbono reforçou a dureza e resistência do material.
Posteriormente, os cientistas submergiram o material em fluído corporal simulado (um líquido que simula as condições do plasma sanguíneo e é comumente usado no estudo de biomateriais). Nessas condições, o material compósito, que é bioativo nesse tipo de líquido, formou espontaneamente uma camada de hidroxiapatita carbonatada, a qual, em conjunto com o arcabouço de nanotubos e os filmes de hidroxiapatita, compôs um novo material compósito.
Os pesquisadores puderam observar e estudar todo o processo de biomineralização em períodos de até 7 dias, e propuseram no artigo modelos para explicar diversas etapas. Nesse momento, mais precisamente na discussão do modelo químico de como ocorre a biomineralização do compósito, foi importante a participação do pesquisador Paul May, da Universidade de Bristol, junto a Hudson Zanin, pesquisador do Laboratório de Abastecimento e Fornecimento de Energia da UniVap que estava fazendo um pós-doutorado na universidade britânica.

A pesquisa não trouxe apenas avanços na compreensão da biomineralização in vitro. “A compreensão desse processo in vitro poderá ser associado ao processo de regeneração in vivo destes materiais”, comenta o professor Anderson Lobo. “Estudos in vitro com células osteoblásticas humanas e ensaios in vivo utilizando animais estão sendo realizados pelos orientandos de pós-graduação e pós-doutorandos do NANOBIO da UniVap”, completa.
As origens do estudo se encontram na pesquisa de doutorado de Lobo, realizada no Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e defendida em 2011, na qual ele conseguiu pela primeira vez sintetizar compósitos de nanotubos de carbono verticalmente alinhados e nanohidroxiapatita. A pesquisa contou ou conta com apoio financeiro de agências brasileiras de fomento à pesquisa: FAPESP, CNPq, FINEP e CAPES.
Avanços na compreensão do funcionamento do cérebro e no diagnóstico e tratamento de doenças neurológicas como a epilepsia e o Parkinson podem surgir com a ajuda da Ciência e Engenharia de Materiais. Mais precisamente, da Eletrônica Orgânica. De fato, materiais orgânicos com propriedades eletrônicas são ótimas interfaces entre os sinais que o cérebro emite e o exterior, seja para analisar a atividade cerebral ou para interferir nela.
O assunto será abordado em uma palestra plenária do XIV Encontro da SBPMat, a cargo do professor George Malliaras, diretor do departamento de Bioeletrônica da Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne (França), onde físicos, engenheiros de materiais, engenheiros eletrônicos, biólogos e neurocientistas trabalham em conjunto.
Malliaras gradou-se em Física em 1991 pela Universidade Aristóteles (Grécia). Realizou seu doutorado nos Países Baixos, na Universidade de Groningen, em Matemática e Ciências Físicas. Sua tese sobre fotorrefratividade de polímeros lhe valeu uma distinção da universidade (cum laude). Depois do doutorado, defendido em 1995, mudou-se para os Estados Unidos. Fez dois anos de pós-doutorado no Centro de Pesquisa Almaden da IBM e, em seguida, virou professor do departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Cornell, em Nova York. De 2006 a 2009 atuou como diretor de um laboratório nacional ligado à universidade, o Cornell NanoScale Science & Technology Facility. Em 2009, fundou a empresa Orthogonal´s, que atua no ramo da eletrônica orgânica. No mesmo ano, voltou à Europa como professor da Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, onde permanece até o presente.
Malliaras, cujo número H é de 64 segundo o Google Scholar, é autor de mais de 200 artigos científicos com mais de 13.000 citações. Seus trabalhos sobre Eletrônica Orgânica e Bioeletrônica têm sido premiados pela New York Academy of Sciences, U.S. National Science Foundation e pela empresa DuPont, entre outras entidades. Já proferiu mais de 230 palestras convidadas e organizou vários eventos, por exemplo, o 2015 MRS Fall Meeting, do qual foi coordenador.
É membro do conselho científico de centros de pesquisa na Alemanha, Irlanda e Suécia. É editor associado da Science Advances, uma revista científica open access com revisão por pares lançada neste ano pela editora da Science.
Na palestra plenária do XIV Encontro da SBPMat, o cientista falará sobre dispositivos baseados em materiais orgânicos com propriedades eletrônicas, mostrando exemplos já desenvolvidos e oportunidades de desenvolvimento.
Segue uma entrevista com o cientista.

Boletim da SBPMat: – Em sua opinião, quais são suas contribuições mais significativas na área de Eletrônica Orgânica / Bioeletrônica? Explique-as muito brevemente, por favor, e compartilhe referências dos artigos ou livros resultantes, ou comente se esses estudos produziram patentes, produtos, empresas derivadas etc.
George Malliaras: – Na área de eletrônica orgânica, seria o codesenvolvimento, juntamente com Chris Ober, na Universidade Cornell, da litografia ortogonal. Trata-se de um conjunto de processos que permite realizar padrões em microescala em filmes orgânicos usando fotolitografia, o padrão-ouro em microeletrônica. A litografia ortogonal se baseia no uso de materiais fotorresistentes fluorados que não danificam os filmes orgânicos. Ela permite a microfabricação de dispositivos, incluindo displays de alta resolução, usando equipamentos padrão, que já existem na indústria. Há uma empresa (Orthogonal, Inc., www.orthogonalinc.com) que vem comercializando os fotorresistentes, e está buscando comercializar essa tecnologia. Em bioeletrônica, o trabalho é recente demais, e eu teria que esperar para poder enxergar com retrospectiva. Uma tendência que emergia quando eu me juntei à área envolvia a transição do uso de revestimentos orgânicos para o uso de dispositivos orgânicos. Sem dúvida, esses últimos oferecem mais recursos para a interface com a biologia. Meu grupo tem contribuído com essa tendência ao demonstrar que transistores eletroquímicos orgânicos trazem uma série de benefícios como transdutores de fenômenos biológicos, como grande amplificação, o que permite produzir gravações da atividade cerebral de alta qualidade.
Referências:

Boletim da SBPMat: – Quais são, em sua opinião, os principais desafios para cientistas e engenheiros na área de materiais, com relação a Eletrônica Orgânica interagindo com o cérebro?
George Malliaras: – Encontrar o colaborador certo, que os ajude a formular as perguntas certas. Acredito que embarcar em uma área interdisciplinar sozinho é uma receita para produzir trabalho de baixo impacto. A chave para um trabalho de grande impacto nessa área é formular perguntas que interessem tanto a neurocientistas quanto a nós, cientistas e engenheiros de materiais. De nossa parte, precisamos ser capazes de elaborar quais são as vantagens oferecidas pelos orgânicos, para então descobrir como melhor empregá-los para resolver problemas específicos enfrentados pelos neurocientistas. Pela minha experiência, posso dizer que costuma ser uma combinação de vantagens (condutividade mista, biocompatibilidade, propriedades mecânicas “suaves”), em vez de uma única, o que favorece os orgânicos.
Boletim da SBPMat: – Se quiser, deixe uma mensagem ou convite para sua palestra plenária aos leitores que participarão do XIV Encontro da SBPMat.
George Malliaras: – Eu costumo citar uma frase de Tadahiro Sekimoto, ex-presidente da Nippon Electric Corporation: “Aqueles que dominam os materiais, dominam a tecnologia”. Isso ressalta a importância da pesquisa em materiais em nosso mundo, e demonstra os perigos de mudarmos para uma economia de “serviços”.
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A busca pelos materiais mais apropriados para desempenharem funções determinadas da melhor maneira possível talvez aconteça desde os primórdios da humanidade. Nessa busca, no extremo oposto do método de tentativa e erro, existe atualmente a abordagem combinatória, que tem como objetivo aumentar a eficiência do processo de descoberta ou criação de materiais. A base dessa abordagem é a triagem de grandes quantidades de materiais de composições levemente diferentes entre si, usando bancos de dados, técnicas de síntese e caracterização rápida, simulações, robôs e outros recursos. Aplicada na indústria farmacêutica desde os anos 1990 para identificar novos compostos úteis, a abordagem combinatória também tem seu lugar na Ciência e Engenharia de Materiais.

No XIV Encontro da SBPMat, o professor Ichiro Takeuchi oferecerá uma palestra plenária sobre a abordagem combinatória na descoberta de materiais – um tema que faz parte de seu dia-a-dia. Takeuchi é professor do departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos, desde 1999. Nessa instituição, ele lidera o Centro de Síntese Combinatória e Caracterização Rápida e o Laboratório de Nanosíntese Combinatória e Caracterização em Multiescala. É professor visitante da Universidade de Ciência de Tokyo desde 2010, além de membro do comitê executivo do Fórum de Física Industrial e Aplicada da Sociedade Estadunidense de Física (APS).
Takeuchi graduou-se em Física em 1987 pelo Instituto de Tecnologia de California (Caltech). Durante quatro anos, trabalhou no Japão em laboratórios de pesquisa em microeletrônica da empresa NEC e depois voltou aos Estados Unidos. Em 1996, obteve seu diploma de Ph.D. pela Universidade de Maryland. Na sequência, foi ao Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, onde permaneceu até 1999 como pós-doc. Em 2004 foi chairman da “Gordon Conference on Combinatorial and High-throughput Materials Science”. Em 2009, fundou uma empresa voltada ao desenvolvimento de materiais e sistemas para aplicações no campo da energia, a Maryland Energy and Sensor Technologies, LLC.
Ichiro Takeuchi foi professor visitante de universidades do Japão e da Alemanha. Recebeu prêmios e distinções da National Science Foundation (Career Award), do Escritório de Investigação Naval dos Estados Unidos (Young Investigator Program Award) e da Universidade de Maryland, entre outras instituições. O cientista, cujo índice H é de 40 segundo o Google Scholar, é autor de mais de 180 artigos com mais de 5.900 citações e de um livro sobre síntese combinatória de materiais.
Segue uma entrevista com o cientista.
Boletim da SBPMat: – Ajude-nos a visualizar como é realizada a pesquisa combinatória. Por exemplo, escolha um exemplo de material surgido em seus laboratórios a partir dessa abordagem e relate, em grandes linhas, o passo-a-passo do método.

Ichiro Takeuchi: – Produzimos pesquisa combinatória de materiais baseada em filmes finos. O objetivo é realizar uma rápida triagem de combinações composicionais até então inexploradas a fim de descobrir novos materiais com propriedades físicas melhoradas. Criamos wafers ou chips com grandes variações na composição dos filmes finos depositados. Às vezes, os filmes finos são separados em diferentes camadas, enquanto em outras há um filme contínuo cuja composição muda ao longo do wafer. Queremos que as combinações sejam tão amplas e diversas quanto possível, para que possamos mapear grandes variações composicionais em um único experimento. Então, empregamos diferentes técnicas de caracterização para conseguir uma rápida triagem de várias propriedades físicas. Por exemplo, no momento, temos um projeto de pesquisa de novos materiais magnéticos permanentes. Para isso, usamos técnicas como medidas de varredura por SQUID ou pelo efeito Kerr magneto-óptico. Essas medições podem ser usadas para mapear as propriedades magnéticas de todas as composições encontradas em um único wafer. Esses wafers e chips são chamados de bibliotecas combinatórias. Também trabalhamos muito com caracterização estrutural. Para este fim, geralmente usamos linhas de luz síncrotron. Devido ao grande fluxo de feixes, nos mesmos locais podemos realizar a difração de raios X de um wafer inteiro, muito rapidamente. No momento, podemos fazer a varredura de 200 a 300 pontos em 2 horas.
Boletim da SBPMat: – Quais são, na sua opinião, suas contribuições mais significativas no campo da ciência de materiais combinatória? Explique-as muito brevemente e compartilhe as referências dos artigos ou livros gerados, ou comente se esses estudos geraram patentes, produtos, empresas spin-off etc.

Ichiro Takeuchi: – Ao longo dos anos, temos conduzido pesquisas combinatórias em uma variedade de tópicos no campo geral dos materiais funcionais, o que inclui supercondutores, ligas com memória de forma, materiais magnetostritivos, materiais ferroelétricos e dielétricos, entre outros. Realizando esses experimentos, tivemos que desenvolver e estabelecer técnicas para aplicar nossas estratégias de forma eficaz. Nós descobrimos alguns compostos novos. Por exemplo, trabalhando juntamente com colegas teóricos, encontramos ligas com memória de forma com capacidade para longas vidas em fadiga. Tenho patentes de uma série de materiais dielétricos com baixa perda, além de novos materiais piezoelétricos. Atualmente, muitos grupos têm realizado um trabalho de acompanhamento do material piezoelétrico na fronteira de fase morfotrópica, sem chumbo, que encontramos há alguns anos. Além dos materiais que descobrimos, estabelecemos estratégias combinatórias como uma técnica para delinear rapidamente a relação entre composições, estruturas e propriedades, em diferentes sistemas de materiais. Recentemente publicamos um artigo de revisão abrangente, chamado “Applications of high throughput (combinatorial) methodologies to electronic, magnetic, optical, and energy-related materials,” Journal of Applied Physics 113, 231101 (2013) por Martin L. Green, Ichiro Takeuchi, e Jason R. Hattrick-Simpers.
Boletim da SBPMat: – Se desejar, deixe uma mensagem ou convite para sua palestra para os leitores que participarão do XIV Encontro da SBPMat.
Ichiro Takeuchi: – A noção de busca e descoberta é fundamental na pesquisa em materiais. A metodologia combinatória é um contraponto natural aos esforços concentrados na concepção teórica de materiais, praticada em todo o mundo. Ao efetivamente combinar a teoria com a experimentação de alto desempenho, podemos realmente acelerar a frequência com que novos materiais são descobertos. Apresentarei um modelo de pesquisa que chamamos de “mecanismo integrado de materiais” (integrated materials engine), no qual teoria e experimentos se entrelaçam e desenvolvem a partir de um banco de dados e de uma plataforma de gestão flexíveis.

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“Refractory Castable Engineering”, publicado em abril deste ano pela editora alemã Göller Verlag, é um livro de 754 páginas sobre materiais para altas temperaturas (refratários) de três autores brasileiros: Victor Carlos Pandolfelli, (professor da Universidade Federal de São Carlos, UFSCar, com doutorado em Materiais pela Universidade de Leeds); Ana Paula da Luz (pesquisadora da FAI-Petrobras com doutorado em Materiais pela UFSCar) e Mariana A.L. Braulio (pesquisadora da Alcoa Alumínio S.A., também com doutorado em Materiais pela UFSCar). O editor executivo do livro é Michel Rigaud, professor emérito da Escola Politécnica da Universidade de Montréal (Canadá).
O livro aborda, em dez capítulos, as diversas e complexas etapas do desenvolvimento e fabricação de refratários e as aplicações desses materiais.
De acordo com Pandolfelli, a obra é resultado de quatro anos de intenso trabalho. Além dos autores e das pessoas que os auxiliaram na tarefa, o trabalho envolveu especialistas mundialmente reconhecidos nos assuntos abordados, os quais revisaram, anonimamente, os capítulos do livro.
A obra inaugura uma coleção de publicações, realizada pela Federation for International Refractories Research and Education (FIRE) em parceria com a editora Göller-Verlag, destinada a disseminar a ciência e tecnologia de materiais refratários.
Veja aqui a introdução, prefácio e índice de conteúdo da obra.
Veja aqui o flyer da obra, com informações sobre como compra-la.
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Israel Jacob Rabin Baumvol nasceu no Rio Grande do Sul, na cidade de São Gabriel, no último dia de 1947. Ainda criança, mudou-se para Porto Alegre com seus pais e irmãos. Aos 19 anos de idade, ingressou na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) para estudar Física. Nos anos seguintes, Baumvol dedicou muitos esforços aos estudos tentando atender o padrão de exigência acadêmica do bacharelado em Física da federal gaúcha, além de participar da atividade política que ocorria na universidade contra o governo militar vigente. Em 1971, concluiu a graduação – sem ter se destacado como um bom estudante, segundo ele. No ano seguinte, mudou-se para São Paulo para realizar o mestrado na Universidade de São Paulo (USP), em Física nuclear e sob orientação do professor Oscar Sala. Em 1975, retornou à UFRGS para fazer doutorado com orientação do professor Fernando Zawislak, estudando compostos de estrutura perovskita. Durante o doutorado, tornou-se professor da UFRGS. Em 1977 defendeu sua tese. Para o pós-doutorado, Baumvol escolheu uma instituição de pesquisa industrial na Inglaterra, hoje conhecida como Harwell campus. Ali, entre 1979 e 1981, trabalhou com técnicas de implantação iônica e suas aplicações, principalmente a implantação iônica por imersão em plasma (PIII), participando de contratos de pesquisa com grandes empresas. A partir da sua expertise em PIII, Baumvol ingressou no mundo dos materiais para microeletrônica, área na qual fez significativas contribuições científico-tecnológicas e ganhou reputação internacional.
Nos Estados Unidos, Israel Baumvol foi pesquisador convidado do centro de pesquisa da IBM (1984 a 1988) e dos Laboratórios Bell, da empresa Lucent (1998 a 1999). Na França, entre 1992 e 1996, foi professor convidado da Université Pierre et Marie Curie e da Université Paris Diderot (Paris 7). Em 1997, após ficar em primeiro lugar em concurso público, foi nomeado professor titular de Paris 7, mas não assumiu o cargo para permanecer na UFRGS. De 1995 a 1996, foi professor convidado da Ruhr Universität, na Alemanha.
Baumvol também foi coordenador de eventos internacionais realizados fora do Brasil. Em 2000 e 2005, foi coordenador (chairman) de simpósios internacionais de Físico-Química do óxido de silício e da interface silício – dióxido de silício, organizados pela Electrochemical Society. Em 2001, coordenou o International Workshop on Device Technology, da Materials Research Society(MRS), realizado em Porto Alegre. Em 2004, foi meeting chair do Spring Meeting & Exhibit da MRS, que ocorre anualmente em San Francisco (Estados Unidos).
Em 2003, ao se aposentar do seu cargo de professor titular da UFRGS, liderou a criação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais da Universidade de Caxias do Sul (UCS), na região da serra gaúcha, e foi coordenador e pesquisador do programa até 2014.
De 2002 a 2003, Baumvol presidiu a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS). Mais recentemente, entre 2011 e 2013, foi vice-coordenador da Área de Materiais na Capes. Baumvol também coordenou grandes projetos do CNPq na área de Materiais, como a primeira Rede Nacional de Pesquisa em Materiais Nanoestruturados (2001-2005) e o INCT de Engenharia de Superfícies (2009 a 2010).
Ao longo de sua carreira científica, Israel Baumvol tem desenvolvido pesquisas em temas relacionados à implantação iônica, Física de filmes finos e modificação de superfícies, além de materiais para microeletrônica. Bolsista de produtividade de nível 1A no CNPq, Baumvol é autor de mais de 270 artigos publicados em periódicos científicos com revisão por pares, além de livros e capítulos de livros. Sua produção científica conta com 3.000 citações, aproximadamente. Orientou cerca de 30 trabalhos de mestrado e doutorado.
No ano 2000 foi escolhido Pesquisador Destaque pela FAPERGS; em 2010 foi nomeado Comendador da Ordem Nacional do Mérito Científico pela Presidência da República e, no ano seguinte, foi diplomado Professor Emérito pela UFRGS. Em maio deste ano, foi inaugurado o laboratório “Central de Microscopia Professor Israel Baumvol” na UCS.
Segue uma entrevista com o cientista.
Boletim da SBPMat: – Conte-nos o que o levou a se tornar um cientista e a trabalhar em temas da área de Materiais.
Israel Baumvol: – Foi a junção de três fatores. O primeiro foi o desejo de utilizar meus conhecimentos, para um dia poder contribuir para o progresso do país e dos seus cidadãos. Este desejo desenvolveu-se através de leituras e forte participação política durante o curso de graduação. Porém, como em Porto Alegre a tradição de pesquisa fundamental era muito forte e não havia ninguém que trabalhasse em Física aplicada, eu fiz uma formação estritamente acadêmica, o que foi muito bom para o meu futuro. O segundo fator foi o meu pós-doutorado, para o qual escolhi uma instituição de pesquisa industrial, na Inglaterra. Fui para lá em 1979, para aprender implantação iônica, pois a instituição era pioneira neste método. Lá eu entrei em contato com a implantação iônica, sobretudo as suas aplicações, tais como redução do atrito em componentes metálicos (por exemplo ligas Ti-Al) por implantação de espécies e compostos iônicos pesados, aumento da resistência ao desgaste e à corrosão de aços por nitretação, oxinitretação e nitrocarbetação, usando o método da implantação iônica por imersão em plasma (PIII). Naquela época estavam construindo ali o primeiro reator de PIII para escala industrial, com volume de, aproximadamente, 30 m3, que depois multiplicou-se por todo mundo, inclusive com empresas especializadas na fabricação destes reatores, tais como a Eaton e várias outras, inclusive duas empresas no Brasil. Este ambiente de Física aplicada me fascinou pelas possibilidades. Participei de vários contratos de pesquisa, como o de próteses ósseas para uma empresa fabricante japonesa, o de lâminas de turbina para a Rolls-Royce e o de lâminas de corte do projeto de futuros barbeadores elétricos para a Philips. Estes projetos, além de me fascinarem, tinham um componente que para mim era romântico: tratava-se de projetos confidenciais. O terceiro e último fator ocorreu ao fim do meu pós-doutorado. Fui a um congresso na Alemanha, onde dei uma palestra de 50 minutos, algo muito difícil nos dias de hoje, em que as palestras têm da ordem de 20 minutos apenas. Quando terminei de falar e responder as perguntas, houve um coffee break. O Dr. James F. Ziegler aproximou-se de mim, apresentou-se e entregou-me seu cartão de visitas, no qual estava escrito “Research Director, Thomas J. Watson Research Center, IBM”. Ele convidou-me para ir para lá porque, durante a minha palestra, ele se deu conta que o método PIII poderia resolver um problema sério que a IBM tinha com os discos rígidos. Outra vez, o canto de sereia de projeto confidencial. Aceitei o convite e, durante alguns anos, passei as férias de verão e de inverno, três a quatro meses por ano, na IBM – Yorktown. Lá entrei em contato com algo inusitado para mim, a tecnologia do silício, que estava no nascedouro. Outro fascínio e a minha cabeça estava feita, Engenharia e Ciência dos Materiais.
Boletim da SBPMat: – Quais são, na sua própria avaliação, as suas principais contribuições à área de Materiais?
Israel Baumvol: – Trabalhei em muitos temas diferentes na minha atividade profissional, alguns deles já mencionados acima. Vou destacar três deles. O primeiro foi a minha participação dos primórdios da tecnologia PIII, a qual hoje é vastamente utilizada em todo o mundo, inclusive no Brasil, onde há pelo menos quatro serviços de processamento de componentes de aço por PIII para a indústria metal-mecânica. O segundo é a minha contribuição, ao longo de dez anos de trabalho, para explorar e atingir o limite físico do óxido de silício como dielétrico de porta na tecnologia metal oxide semiconductor (MOS). Formei uma rede de cooperação com laboratórios acadêmicos em quatro países diferentes e com laboratórios industriais, entre eles IBM, Motorola, Texas Instruments, Bell-Lucent. Atingimos o limite físico, 1 nm. A partir daí, toda a rede começou a trabalhar em um substituto para o óxido de silício, o que constituía a primeira mudança na tecnologia MOS, depois de quarenta anos. Houve uma convergência para o óxido de háfnio e, eventualmente, alguns óxidos duplos com base no háfnio. Este material se impôs, permitindo um aumento de velocidade de processamento e hoje é o utilizado como óxido de porta em processadores avançados. Ele permitiu a continuidade da lei de Moore que estava ameaçada. Esta área de pesquisa levou a formação de uma geração de ouro de doutores, todos em torno do óxido de porta, tema crucial para a micro e nanoeletrônica. Muitos deles estão em atividade profissional em empresas industriais, tanto em tecnologia do silício como em outras atividades. Finalmente, destaco a criação de um ambiente de pesquisa em Engenharia e Ciência dos Materiais e de um programa de pós-graduação nesta área. Comecei esta atividade com um único elemento: Caxias do Sul e região possuem um sem número de empresas industriais, pequenas, médias e grandes, necessitando de pesquisa e formação de recursos humanos. Só isso, mais nada. Então, a partir do zero, consegui reunir um punhado de jovens doutores bem formados e construir o ambiente de pesquisa desejado, com muitos excelentes laboratórios e um programa de pós-graduação bastante respeitável. O impacto disto no contexto industrial da região é notável e muito reconhecido.
Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que estão iniciando suas carreiras de cientistas.
Israel Baumvol: – Sigam o coração e não as conveniências. Aproveitem o doutorado, pois esta é a melhor época da carreira: pesquisa criativa e livre de responsabilidades administrativas. Não hesitem em expor suas ideias. Ideias novas não são necessariamente más ideias. Usem o pós-doutorado para entrar em contato com o novo e inaudito. Não procurem um lugar que trabalha no mesmo assunto de suas teses de doutorado. Não hesitem em mudar de área, isto é muito estimulante e constitui um importante fator de progresso individual. Eu tenho pena dos profissionais que continuam trabalhando no assunto da tese de doutorado, dez ou vinte anos depois de terem concluído o mesmo. Pesquisa aplicada pode ser muito boa pesquisa. Livrem-se dos preconceitos, tanto faz se a pesquisa é fundamental, ou aplicada ou diretamente industrial. O que conta é a qualidade. A única distinção é entre pesquisa de boa qualidade ou de má qualidade.