Gente da comunidade: entrevista com Gleison Adriano da Silva, vencedor de Prêmio Destaque de iniciação científica do CNPq.


Gleison Adriano da Silva
Gleison Adriano da Silva

Nosso entrevistado do mês de dezembro é Gleison Adriano da Silva, um dos vencedores da 13ª edição do Prêmio Destaque na Iniciação Científica e Tecnológica do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). O jovem, que em novembro se diplomou bacharel em Física pela Universidade Federal do Amazonas (UFAM), ganhou o prêmio de iniciação científica da área de Ciências Exatas, da Terra e Engenharias por um trabalho de sobre caracterização estrutural, térmica e óptica de sistemas semicondutores. O prêmio do CNPq distinguiu seis trabalhos (o melhor de iniciação científica e o melhor de iniciação tecnológica de cada grande área do conhecimento) dentre 467 inscritos, enviados por 167 instituições de ensino e pesquisa do Brasil.

O trabalho que valeu o prêmio a Gleison foi desenvolvido ao longo de três projetos de iniciação científica que o jovem realizou no contexto do Grupo de Materiais do Departamento de Física da UFAM, com orientação do professor Sérgio Michielon de Souza e com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (FAPEAM) e do CNPq. Nesses projetos, foram sintetizados materiais nanoestruturados semicondutores por meio de um processo simples e de baixo custo. Os materiais foram analisados por meio das técnicas de difração de raios X, calorimetria diferencial de varredura, micro-Raman e espectroscopia de absorção fotoacústica, e demonstraram um bom potencial para serem usados como materiais termoelétricos na transformação direta de calor em eletricidade.

Gleison se tornou bolsista de iniciação científica (inicialmente da FAPEAM e depois do CNPq) pouco depois de entrar no curso de bacharelado em Física da UFAM, em 2011. Seu orientador, Sérgio Michielon de Souza, tinha se tornado docente dessa instituição no mesmo ano e estava montando o Laboratório de Materiais no Departamento de Física, processo do qual Gleison participou ativamente. A primeira fase do trabalho foi dedicada à fabricação e estudo do sistema Cd-Se, e seus resultados foram publicados [http://dx.doi.org/10.1016/j.molstruc.2014.06.023] em setembro de 2014 no Journal of Molecular Structure (editora Elsevier), enquanto ele trabalhava na segunda fase do trabalho, voltada ao sistema Ni-Sb. Também em setembro de 2014, Gleison apresentou os resultados parciais dessa segunda fase do trabalho no XIII Encontro da SBPMat, realizado em João Pessoa (PB). Seu pôster foi distinguido no final do evento com o Prêmio Bernhard Gross ao melhor trabalho do simpósio S, dedicado a pôsteres sobre materiais avançados. Em maio de 2015, os resultados finais da pesquisa sobre o sistema Ni-Sb foram publicados [http://dx.doi.org/10.3139/146.111211] no International Journal of Materials Research (editora Carl Hanser Verlag GmbH & Co.). Em setembro de 2015, Gleison apresentou a terceira fase do trabalho, dedicada ao sistema Sn-Se, no XIV Encontro da SBPMat, no Rio de Janeiro (RJ).

Finalmente, em julho de 2016, Gleison teve a grande satisfação de receber o Prêmio Destaque na Iniciação Científica e Tecnológica, em Porto Seguro (BA), durante a 68ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC). Era a terceira vez que o estudante era indicado pela Pró-reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação da UFAM para concorrer ao prêmio do CNPq, e dessa vez conquistou a distinção com os resultados finais da pesquisa sobre o sistema Ni-Sb e os resultados parciais da pesquisa sobre o sistema Sn-Se. Três meses depois, Gleison defendeu seu trabalho de conclusão de curso (TCC), elaborado a partir dos estudos com os sistemas Ni-Sb e Sn-Se, e obteve o título de bacharel em Física pela UFAM.

Veja nossa entrevista com Gleison.

Boletim da SBPMat: – Onde você nasceu? Onde morou até iniciar os estudos universitários na UFAM? 

Gleison Adriano da Silva: – Sou natural do Brasil Central, Brasília (DF), e tudo começou em 2008 quando me candidatei a missionário/ agente comunitário da Diocese de Roraima na Região Norte do Brasil, sob comando do antigo bispo titular Dom Roque Paloscci, para trabalhar em comunidades no baixo Rio Branco até a sua foz no Rio Negro. Em 2009, prestei o ENEM com êxito para Engenharia Florestal na UFAM, campus Manaus (AM). Sem auxílio financeiro, fui morar em um albergue no Centro de Manaus (AM), entretanto, após processo seletivo na Pró-Reitoria de Assuntos Comunitários, passei a morador da Casa do Estudante Universitário da UFAM. Em 2011, por falta de afinidade ao curso Engenharia Florestal, mudei para o curso bacharelado em Física do Instituto de Ciências Exatas da UFAM.

Boletim da SBPMat: – Poderia nos contar muito brevemente como começou o seu interesse pela ciência e/ou pela pesquisa? Foi na universidade, na infância, na escola? 

Gleison Adriano da Silva: – Tudo aconteceu muito rápido. Ao ingressar no curso bacharelado em Física da UFAM, já iniciei na pesquisa científica à convite do Prof. Dr. Sérgio Michielon de Souza e, dada minha inserção junto ao Grupo de Pesquisa em Materiais do Depto de Física da UFAM, pude ter a oportunidade de realizar investigações científicas voltadas na determinação de estruturas cristalinas, evolução micro/nano-estrutural e transformação de fases em materiais intermetálicos utilizando softwares computacionais e técnicas analíticas no Laboratório de Materiais.

Boletim da SBPMat: – Qual é, na sua visão, a principal contribuição contida do trabalho premiado? Ou, quais são as principais contribuições dos trabalhos premiados? 

Gleison Adriano da Silva: – Uma observação interessante é que as investigações laureadas estavam coincidentemente relacionadas com os temas celebrativos da UNESCO de 2014 e 2015 intitulado como Ano  Internacional da Cristalografia e Ano Internacional da Luz. Nesta perspectiva, as principais contribuições contidas nos trabalhos premiados estavam relacionadas a técnica de difração de raios X, ou seja, transformações e estabilidade de fases cristalográficas das amostras do sistema semicondutor Ni-Sb e Sn-Se durante a síntese de estado sólido, onde foi observado uma forte estabilidade estrutural nos cristais de antimoneto de níquel (NiSb) e uma notável metaestabilidade nos cristais de seleneto de estanho (SnSe).

Um trabalho simples que apresenta características microestruturais e termodinâmicas de dois novos materiais nanoestruturados de interesse científico e tecnológico submetido a uma rota de síntese não complexa e de baixo custo.

Boletim da SBPMat: – Quais foram os critérios que o guiaram para fazer uma pesquisa de qualidade destacada em nível nacional? A que fatores você atribui esta conquista? 

Gleison Adriano da Silva: – Não existe ovo de Colombo ou receita de sucesso, só muito trabalho. Nada acontece sem esforço. Como bolsista na iniciação científica eu sempre fui o primeiro a chegar e o último a sair do laboratório. A conquista é reconhecimento do trabalho, entretanto, ninguém consegue nada sozinho.

Boletim da SBPMat: – Convidamos você a deixar alguma mensagem para nossos leitores que estão realizando trabalhos de iniciação científica na área de Materiais. 

Gleison Adriano da Silva: – Acreditem no potencial de vocês e no potencial de suas investigações. O sonho é o que move agente, mas não basta só sonhar, tem que correr atrás. Considerem isso também como um incentivo para divulgação de seus resultados em eventos científicos pelo Brasil, em especial nos Encontros Anuais da SBPMat.

Boletim da SBPMat: – O que você fará ou planeja fazer agora que terminou a graduação. 

Gleison Adriano da Silva: – Após a saga da graduação, provavelmente procurarei um Programa de Pós-Graduação na Universidade de Brasília (UnB) ou em alguma renomada instituição paulista.

Boletim da SBPMat: – Fique à vontade para outro breve comentário, se desejar. 

Gleison Adriano da Silva: – Gostaria de agradecer as cartas de congratulações e aplausos expedidas pelo Chefe do Depto de Física da UFAM, Senhor Prof. Me. Marcílio de Freitas; pela Diretora-Presidente da FAPEAM, Senhora Profa. Dra. Maria Olívia de Albuquerque Ribeiro Simão; e pela Senhora Senadora Vanessa Grazziotin da câmara alta do Congresso Nacional do Brasil (http://www.senado.leg.br/atividade/rotinas/materia/getPDF.asp?t=195150&tp=1).

Também, gostaria de agradecer a cidade de Manaus (AM), a UFAM e a todas as pessoas que direta e/ou indiretamente contribuíram para a minha formação pessoal e acadêmica.

Interviews with plenary lecturers of the XII SBPMat Meeting: Mercouri G. Kanatzidis (Northwestern University – USA).


About two-thirds of all used energy is lost as waste heat. Bulk thermoelectrics (materials that can directly convert temperature differences to electric voltage and vice-versa) can improve this current situation by transforming some of the waste heat into useful electricity, but, in most cases their conversion efficiency is not sufficient to allow for commercial use. This efficiency is related to the ability of electrons to traverse the materials as they are excited by heat and to phonon scattering, and it is measured by the so-called ZT values (the higher a material’s ZT, the higher its conversion efficiency).

Efforts have been made to enhance the efficiency of thermoelectric materials, mainly by nanostructuring them. In his plenary talk at the XII SBPMat Meeting, professor Mercouri Kanatzidis (Northwestern University, USA) will present his panoscopic approach to highly efficient thermoelectrics. This approach considers not only the nanostructure of the material but also its mesoscale architecture. Using this strategy, professor Kanatzidis and his collaborators developed the top-performing thermoelectric system at any temperature, a lead telluride (PbTe) – based material. The achievement was published in the journal Nature in September 2012 (doi:10.1038/nature11439). The speaker will also address in his talk the substitution of tellurium by sulfur or selenium in thermoelectric materials for cost reduction.

Professor Kanatzidis obtained his BSc from Aristotle University (Greece) and his PhD in chemistry from the University of Iowa. He was a University Distinguished Professor of Chemistry at the Michigan State University before moving to the Northwestern University, where he heads a research group focused in solid-state inorganic chemistry. Mercouri is also the editor-in-chief of the Journal of Solid State Chemistry and Senior Scientist at the Materials Science Division of the Argonne National Laboratory.

See below our interview with the lecturer.

SBPMat: – Could you exemplify some possible concrete applications of high-performance thermoelectric materials in daily life? In your opinion, how far is the real use of thermoelectric materials from the state-of-the-art?

Mercouri Kanatzidis (M.K.):  – Thermoelectric materials can be applied to internal combustion engines to help harvest exhaust heat and generate electricity that can be applied to the vehicle’s electrically driven devices. This will raise the overall efficiency of the vehicle. There is a staggering amount of energy in exhaust heat of a fossil fuel powered engine. Major auto companies in the US, Germany and Japan are actively developing this technology. Depending on the price of oil, government regulations and cost of the technology the implementation of thermoelectric materials in autos, trucks, etc may take anywhere from a couple of years to decades.

SBPMat: – Which are the thermoelectrics´ next challenges for materials science and engineering?

M.K.: – The current state of performance of thermoelectric materials is adequate for commercial applications. The next challenges lie in the fabrication of actually thermoelectric modules and devices that will pass the necessary testing before final application. Challenges such as long term stability, low cost assembly and fatigue testing need to be addressed.

SBPMat: – Can you share with us, very briefly, the story of the genesis of your panoscopic approach to highly efficient thermoelectric materials?

M.K.:  – About ten years ago we had a novel material composition which had two unlikely characteristics. It had a very high electrical conductivity and thermoelectric power combined with surprisingly low thermal conductivity. The thermal conductivity was lower than theory could explain. This material was first of its kind (referred to as LAST for lead, antimony, silver, tellurium) at that time to display a breakthrough ZT of 1.6, nearly double of the then state of the art. Because of this we delved deeply onto its “guts” using transmission electron microscopy in collaboration with Professors Polychroniadis and Frangis of the University of Thessaloniki in Greece. A few months after they received the samples they reported to us on their findings with a somewhat disappointing note saying that the materials were very complex and inhomogeneous on the nanoscale, therefore impure. In discussions I detected reluctance to deal with the material again. They did. In my lab however we immediately recognized that this very inhomogeneity and the nanoscale precipitates it contained was the root cause of the surprisingly very low thermal conductivity and the very high ZT. This was consistent with theoretical predictions emerging at the time that nanoscale precipitation in a matrix can result in great reduction in thermal conductivity. So we got very excited. We had discovered nanostructuring in thermoelectrics. After our paper appeared in Science in 2004, the thinking of the thermoelectrics community quickly shifted from pursuing single phase materials to focusing on more complex two-phase nanostructured materials. Now the great majority of activity in the community is in nanostructured materials.

The new paradigm led to additional breakthroughs such as how to design and synthesize nanostructured materials, and to higher ZT as well. The panoscopic approach was realized when we were challenged to create two-phase materials that did not degrade electronic transport through them. While matrix of a thermoelectric material with a small amount of a second phase in it can achieve unprecedented levels of low thermal conductivity, it nevertheless is an “impure system” and electrons transported through such a medium know this. Thus, in most cases the second phase degrades the electrical properties and higher ZTs are not realized.

State of the art thermoelectric: (a) A mesoscaled granular composite of broad range of grain sizes to scatter long mean free path phonons. (b) Wwithin a single grain a ubiquitous nanostructuring is in place of a second phase that scatters short and intermediate mean free path phonons. The (a)/(b) combination results in a very low levels of thermal conductivity.

My group members Kanishka Biswas and Lidong Zhao and our collaborators Ctirad Uher and Vinayak Dravid noticed that when SrTe was added to p-type PbTe in as much as 2-4% concentration the hole carriers were behaving as if no SrTe was there. The explanation to this puzzle came from the recognition which was backed by theoretical calculations that the conduction bands in PbTe and SrTe were similar in energy and the holes as a result could traverse the SrTe nanoparticles with no scattering. This led to the concept to band alignment between matrix and second phase. The PbTe-SrTe material with its nanostructuring and band alignment was another material with ZT~1.7. As we realized that different ZT improving mechanisms could be integrated in a single system without the effect of one interfering with those of the other, we extended our approach to trying to integrate all possible mechanisms. We managed to properly introduce electronic band engineering for thermoelectric power enhancement and mesoscale engineering for further reduction on the thermal conductivity to reach the point we now are a record breaking ZT of 2.2. This is very exciting and bodes well for further breakthroughs in the near future.

SBPMat: – Feel free to leave any other comments about your plenary lecture for our readers.

M.K.: – My lecture will be aimed at reaching the broad but scientifically informed audience at the meeting to outline the current state and thinking in the field of thermoelectrics.

See the abstract of Mercouri Kanatzidis plenary lecture “Electrical power from heat: All-scale hierarchical thermoelectrics with and without earth-abundant materials”.

See Professor Kanatzidis biographical sketch.