O artigo científico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:Nanocatalysts for hydrogen production from borohydride hydrolysis: graphene-derived thin films with Ag- and Ni-based nanoparticles. Leandro Hostert, Eduardo G. C. Neiva, Aldo J. G. Zarbin, Elisa S. Orth. J. Mater. Chem. A, 2018,6, 22226-22233. DOI 10.1039/C8TA05834B.
Filmes de grafeno e níquel: melhores catalisadores para a produção de hidrogênio
Milhares de veículos movidos a gás hidrogênio já circulam em algumas regiões do mundo soltando apenas água pelo escapamento. Enquanto combustível ou fonte de energia, o hidrogênio é, de fato, uma opção extremamente limpa (não gera emissões nocivas) e eficiente (pode produzir mais energia do que qualquer outro combustível). Entretanto, o hidrogênio em forma pura não existe na natureza no planeta Terra. Ele precisa ser produzido, e a maior parte dos métodos de geração de hidrogênio conhecidos até o momento pecam tanto no aspecto econômico quanto no ecológico.
Uma alternativa a esses métodos foi recentemente apresentada por uma equipe de pesquisadores da Universidade Federal do Paraná (UFPR), ligados ao programa de pós-graduação em Química. Esses cientistas brasileiros propuseram um método limpo, eficiente, simples e de baixo custo para produzir hidrogênio. A equipe desenvolveu novos catalisadores (compostos que modificam a velocidade de uma reação química sem ser consumidos nela), feitos de grafeno e nanopartículas metálicas, que tornaram viável a produção de hidrogênio por meio da hidrólise de borohidreto – uma reação química ainda pouco utilizada na geração de hidrogênio apesar do enorme potencial que apresenta por ser limpa e muito simples.
Fotografias e esquemas representativos da geração de H2 por hidrólise de borohidreto catalisada com filmes finos de grafeno e nanopartículas metálicas. Os filmes, de cerca de 500 nm de espessura, recobrem os dois lados de uma plaqueta de vidro, cobrindo 15 cm2, a qual fica imersa numa solução de borohidreto de sódio e água. Nas fotos podem ser vistas as bolhas de gás hidrogênio geradas na superfície do catalisador.
Nessa reação, que é realizada em temperatura ambiente, moléculas de borohidreto de sódio (NaBH4), reagem espontaneamente com moléculas de água gerando moléculas de hidrogênio (H2). O processo ocorre em apenas uma etapa, e é realizado com o auxílio de materiais catalisadores, que aceleram a velocidade da reação.
“O trabalho desenvolvido tem como principal contribuição a possibilidade de geração de H2 por meio de filmes finos de nanocompósitos de grafeno”, diz a professora Elisa Souza Orth, autora correspondente de um artigo sobre o trabalho, recentemente publicado no Journal of Materials Chemistry A (fator de impacto= 9,931). “Os nanocompósitos de materiais à base de carbono com nanopartículas metálicas têm mostrado muitas aplicações promissoras e mostramos que, para a hidrólise de borohidreto, menos explorada, eles também poderiam ser empregados com eficiência”, completa.
Dentre os filmes finos catalisadores produzidos pela equipe da UFPR, os que apresentaram melhor desempenho foram os de óxido de grafeno reduzido com nanopartículas de níquel (rGO/Ni). De fato, esse nanocompósito, produzido com um metal relativamente barato, o níquel, apresentou um desempenho superior ao da maior parte dos catalisadores já reportados na literatura científica, inclusive aqueles preparados com metais nobres, cujo custo é muito maior. Em linhas gerais, isso significa que pequenas quantidades de rGO/Ni (algumas dezenas de mg) geraram grandes volumes de hidrogênio (400 ml) em curtos prazos de tempo (5 horas).
Além disso, os filmes desenvolvidos pela equipe brasileira apresentaram mais uma característica importante para um catalisador: eles podem ser facilmente retirados do recipiente de reação, lavados e secados sem sofrer danos, possibilitando assim seu reuso. “Nesse trabalho, conseguimos reutilizar o mesmo nanocatalisador em 10 ciclos consecutivos, sem perder atividade”, conta a professora Orth.
Esses resultados foram possíveis graças à união das competências em fabricação de nanomateriais de carbono do Grupo de Química de Materiais, coordenado pelo professor Aldo José Gorgatti Zarbin com a expertise em processos de catálise do Grupo de Catálise e Cinética, liderado pela professora Orth. Esses dois grupos da UFPR têm um histórico de colaboração na aplicação de materiais de carbono; inicialmente, no estudo de pesticidas e, atualmente, no desenvolvimento de materiais multifuncionais com atividade catalítica extraordinária.
O doutorando Leandro Hostert em laboratório do programa de pós-graduação em Química da UFPR.
Além do desenvolvimento dos catalisadores e da sua aplicação na produção de hidrogênio, o trabalho publicado no Journal of Materials Chemistry A incluiu uma análise das diversas formas de se medir a atividade catalítica de um material. Os autores conseguiram uniformizar critérios e comparar diversos resultados obtidos no laboratório e encontrados na literatura científica. “Desenvolvemos um estudo cinético que complementa a discussão dessas reações complexas e pode ajudar a orientar para uma compreensão mais concisa da atividade catalítica”, explica Elisa Orth.
A pesquisa foi realizada dentro do doutorado em andamento de Leandro Hostert, orientado pela professora Orth, e contou com financiamento do CNPq, CAPES, Fundação Araucária, INCT Nanocarbono e L´Oréal–UNESCO-ABC por meio do Prêmio para Mulheres na Ciência (2015) e International Rising Talents (2016) recebidos por Elisa Orth.
O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais (PPGCEM) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), programa avaliado com Nota 7 pela CAPES, divulga novo Edital de Estágio Pós-Doutoral do Programa (EDITAL 04/2018 – PPGCEM – PROCESSO SELETIVO PARA PÓS-DOUTORADO), disponível aqui.
Serão disponibilizadas 4 (quatro) vagas para Doutores em Ciência e Engenharia de Materiais ou áreas afins.
Os candidatos aprovados poderão solicitar ao PPGCEM bolsa de pós-doutorado, dentro das cotas disponibilizadas pela CAPES ao Programa e conforme disponibilidade das mesmas, no âmbito do Programa Nacional de Pós-Doutorado (PNPD/CAPES).
Por uma ciência de alto impacto, diversa e inclusiva (Workshop Young Researchers´ School)
Domingo 16 de setembro, por volta das 13 horas. Natal, Rio Grande do Norte. O céu estava azul e o mar, verde. Provavelmente resistindo à tentação de uma tarde de domingo na praia, cerca de 150 pessoas optaram por ingressar ao Centro de Convenções do tradicional Hotel Praiamar, localizado a poucos metros da Praia de Ponta Negra – a mais famosa da turística capital potiguar. O motivo dessa estranha decisão? Participar do workshop Young Researchers School, atividade de quatro horas de duração oferecida sem custo adicional para os inscritos no XVII Encontro da SBPMat/ B-MRS Meeting.
Praia de Ponta Negra com o Morro do Careca ao fundo, a poucos metros do local do evento. 16/09/18.
O workshop começou com um tutorial do Professor Valtencir Zucolotto (IFSC – USP, Brasil), um membro da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais conhecido não apenas pelas pesquisas de seu Grupo de Nanomedicina e Nanotoxicologia, mas também pelas palestras, cursos online e workshops sobre escrita e editoração científica que ele cria e apresenta no Brasil e no exterior. Com bom humor e interação com a plateia, Zucolotto falou sobre como fazer pesquisa de alto impacto, desde a ideia inicial até a publicação do artigo, passando pela metodologia de pesquisa e pela escrita do paper. Além de mostrar dados, o professor compartilhou experiências vividas “dos dois lados do balcão” (Zucolotto é um pesquisador produtivo e citado, como atesta seu índice H de 42, e também é editor de revista e livros). O palestrante também deu “conselhos de quem já passou por isso” aos membros mais jovens da plateia. “É necessário aprender a conviver com a rejeição, que faz parte do trabalho do cientista”, disse Zucolotto, referindo-se à rejeição de artigos no processo de publicação. “Não se preocupe, seu artigo será rejeitado… e finalmente aceito em uma revista de alto impacto”, brincou.
Depois de um copioso coffee break patrocinado pela Elsevier, o workshop continuou com a apresentação da Diretora de Publicação da área de Ciência de Materiais da Elsevier, Christiane Barranguet, sobre diversidade e inclusão no ambiente das revistas e eventos científicos. Além de mostrar dados sobre participação feminina na ciência, a diretora contou os esforços da empresa para atingir diversidade e representatividade de gênero e geográfica nos corpos editoriais das revistas e nos grupos de plenaristas das conferências. Bons resultados assomam timidamente, mostrou ela. Porém, mulheres e latino-americanos ainda estão sub-representados nesses grupos. No final da palestra, Barranguet fez um convite à comunidade de Materiais para indicar nomes de cientistas, principalmente dos grupos sub-representados, que possam atuar nos corpos editoriais das revistas da Elsevier.
A última parte do workshop retomou a questão do impacto das publicações exatamente onde o Professor Zucolotto tinha parado. Marlene Silva, também da equipe de Materiais da Elsevier, falou sobre maneiras de divulgar um artigo publicado para aumentar sua visibilidade, potencial de ser citado e impacto acadêmico e social. De acordo com a palestrante, o trabalho de difusão deve ser realizado sem perda de tempo, no embalo da alegria provocada pela notícia da aceitação do paper. Uma das ferramentas mais úteis para essa divulgação é, segundo Silva, o link de compartilhamento – URL disponibilizada aos autores dos artigos pela maioria das revistas da Elsevier, que outorga acesso direto e gratuito ao paper por 50 dias para qualquer pessoa que receba o link. Silva recomendou compartilhar esse link por todos os meios possíveis, desde as redes sociais (todas elas valem) acompanhado por textos e imagens atrativas, até a assinatura do e-mail do autor. A palestrante também falou sobre estratégias para tornar o artigo mais relevante em mecanismos de busca, conhecidas como SEO, como, por exemplo, tomar o cuidado de repetir as palavras-chave mais relevantes ao longo do paper.
Workshop Young Researchers´ School. À direita, a partir da esquerda, Christiane Barraguet, Marlene Silva e Valtencir Zucolotto.
Resistente, forte e resiliente: assim é a comunidade brasileira de pesquisa em Materiais (Cerimônia de Abertura)
Uma agradável surpresa aguardava os cerca de 800 participantes que se acomodaram na sala principal do Centro de Convenções por volta das 19h30 para assistir à Cerimônia de Abertura. Logo após as palavras iniciais pronunciadas pelo mestre de cerimônia, doze músicos da Orquestra Potiguar de Clarinetas, ligada à Escola de Música da UFRN, saíram de seus esconderijos com seus instrumentos, ocuparam as proximidades do palco e encheram a sala de música brasileira – principalmente nordestina – numa amostra da riqueza e diversidade cultural deste país que contou com os ritmos de choro, baião, frevo e carimbó.
Encerrada a apresentação musical, montou-se a Mesa de Abertura, composta pelo Professor Antonio Eduardo Martinelli (Chairman do XVII Encontro da SBPMat), o Professor Osvaldo Novais de Oliveira Jr (Presidente da SBPMat), o Professor Rodrigo Ferrão de Paiva Martins (Segundo Vice-Presidente da União Internacional de Sociedades de Pesquisa em Materiais, IUMRS) e o Professor José Daniel Diniz Melo (Vice-Reitor da UFRN).
Na sequência, os presentes no palco e na plateia, em pé, entoaram o Hino Nacional Brasileiro, acompanhando a interpretação da Orquestra Sinfônica e Coral Madrigal da UFRN que estava sendo projetada nas telas distribuídas na sala.
Além das boas-vindas e agradecimentos, nas palavras dos membros da mesa houve diversas alusões à importância social e econômica da pesquisa em Materiais. “O conhecimento desta área é essencial para resolver a maior parte dos problemas da sociedade”, disse Diniz Melo, que também é docente da graduação e pós-graduação em Materiais da UFRN. O português Rodrigo Martins, que além de ser um cientista de Materiais destacado internacionalmente, é assíduo frequentador dos Encontros da SBPMat, destacou o papel dos materiais no desenvolvimento de um país. “Das ciências da vida até a indústria aeroespacial, os materiais são centrais a todos os desenvolvimentos e trazem melhor qualidade de vida à população”, disse Martins. “Este evento é uma celebração daquilo que a Ciência de Materiais tem feito para a sociedade”, destacou, por sua vez, o Professor Oliveira Junior.
Num discurso de abertura inspirador, o Professor Martinelli abordou um assunto que tem preocupado a comunidade científica brasileira. “Não apenas dificuldades econômicas, mas, principalmente, o entendimento do que é ou não prioridade para nosso país têm queimado parte do nosso passado e desafiado as melhores oportunidades de melhorar a Ciência e a Tecnologia no Brasil, colocando em risco um futuro melhor para a geração atual e as futuras”, disse o chair do evento, que é professor da graduação e pós-graduação em Materiais da UFRN e coordenador da Área de Materiais na CAPES. O chair destacou a força da comunidade de Materiais que, mesmo nesse contexto, permaneceu ativa e permitiu que o evento acontecesse, com um número elevado de participantes. “Somos gente de Materiais: resistente, forte e resiliente”, disse Martinelli. “Não desistimos nem desistiremos”.
Público na abertura do evento. Mesa de abertura; a partir da esquerda: Antonio Martinelli, Rodrigo Martins, José Diniz Melo e Osvaldo Novais de Oliveira Jr.
Homenagens a destacados membros da comunidade (Palestra memorial “Joaquim da Costa Ribeiro”)
Depois das palavras dos membros da mesa, veio o momento das homenagens da SBPMat a cientistas brasileiros de longa e destacada trajetória. A primeira distinção, a qual não tinha sido anunciada na programação, foi para o Professor Aloísio Nelmo Klein (UFSC), quem recebeu uma placa comemorativa e um presente por seus “35 anos dedicados à Ciência Aplicada”. De fato, a carreira científica de Klein se destaca principalmente na quantidade de patentes (mais de 60 pedidos depositados em escritórios do Brasil, Europa, Estados Unidos, China, Coreia do Sul, Japão, Taiwan, Singapura e Austrália) e nos numerosos projetos realizados em parceria com empresas. O homenageado, que é membro fundador da SBPMat e já se desempenhou como diretor científico, conselheiro e chairman de dois encontros anuais da sociedade, recebeu agradecimentos do presidente da SBPMat pela sua dedicação de longo prazo à sociedade.
O segundo homenageado da noite foi o Professor Fernando Galembeck, aposentado da UNICAMP desde 2011, mas ainda ativo, sendo inclusive Professor Colaborador dessa universidade. Ao longo de quatro décadas de carreira científica, Galembeck fez importantes contribuições à pesquisa aplicada e básica em temas diversos como modificação de superfícies, nanopartículas, nanocompósitos, eletrostática, materiais derivados de biomassa, entre outros. Ele é autor de mais de 250 artigos, 35 patentes e 20 livros ou capítulos de livros e conta com mais de 3.700 citações. Foi sócio fundador da SBPMat.
Galembeck foi escolhido para receber neste ano a principal honraria da SBPMat para pesquisadores de trajetória destacada na área de Materiais, a Palestra Memorial Joaquim da Costa Ribeiro. Essa distinção também homenageia, por meio de seu nome, um pioneiro da pesquisa experimental em Materiais no Brasil.
Na primeira parte da sua palestra, Galembeck abordou a relação entre matérias-primas, energia e alimentos, tendo em vista que a fome ainda é um problema da humanidade, e que a geração de energia pode concorrer com a produção de alimentos ao usar as mesmas matérias-primas. Essa situação piora, disse Galembeck, quando entra em jogo a especulação financeira. Entretanto, alentou o professor, graças aos avanços tecnológicos, é possível produzir bens ao combinar energia barata de fontes inesgotáveis como o sol e o vento, com matérias-primas abundantes como o lítio, magnésio e dióxido de carbono, ou até mesmo resíduos. “Lixo é oportunidade não aproveitada”, definiu o palestrante. Com relação ao uso da biomassa em países em desenvolvimento, ele mostrou que, além de gerar energia, reduzindo a dependência do país dos combustíveis fósseis, ela pode ser matéria-prima de produtos de alto valor agregado, gerando melhor renda para a população. Na segunda parte da palestra, Galembeck apresentou um panorama de algumas de suas contribuições científicas. O cientista também expressou seu otimismo quanto à crise que o Brasil atravessa, abordada um pouco antes pelo Professor Martinelli. “Sou experiente o suficiente para saber que no final tudo estará melhor do que o esperado”, afirmou.
Depois da palestra, os presentes saíram do Centro de Convenções e, a poucos metros dali, puderam curtir o coquetel de boas-vindas do evento, realizado numa área externa do Hotel Praiamar, na brisa do mar e sob um céu estrelado e com lua crescente.
Esquerda: homenagem a Aloísio Klein. Direita: Palestra Memorial de Fernando Galembeck.
Teoria e experimentos, indústria e academia e multidisciplinaridade (Sessões orais e de pôster dos simpósios)
A comunidade brasileira de pesquisa em Materiais, majoritária no evento, se manteve ativa neste ano difícil, disse o chair do encontro na abertura. Para confirma-lo, bastava sentar um pouco nas salas de apresentações orais ou percorrer a tenda branca dos pôsteres (de preferência, com smartphone em mão, para acessar e salvar o resumo e dados dos pôsteres de interesse).
Mais de um milhar de profissionais e estudantes da pesquisa em Materiais apresentaram seus trabalhos e os debateram com seus pares no XVII B-MRS Meeting. Apesar da alta porcentagem de inscritos com trabalhos aprovados que acabou não comparecendo ao evento (cerca de 30%), muito provavelmente por não ter conseguido financiamento, os simpósios transcorreram com participação significativa nas sessões orais e de pôster. Alguns organizadores de simpósio foram além desses formatos tradicionais de apresentação e incluíram foros de discussão em seus programas. Quebraram a linearidade das cadeiras e incentivaram a discussão coletiva, em semicírculos, sobre tópicos que consideraram de especial importância. Outro destaque dos simpósios deste ano, de acordo com os organizadores, foi a qualidade das palestras convidadas – apresentações de 30 minutos proferidas por especialistas em temas do escopo do simpósio, que são convidados pelos organizadores.
O leque temático coberto pelos simpósios foi, mais uma vez, amplo e abrangente. Foram muitos os materiais abordados (nanomateriais, polímeros condutores, metais avançados, compósitos, óxidos metálicos, eletrocerâmicas, biomateriais, superfícies, revestimentos). Foram muitas as aplicações apresentadas (para os segmentos de energia, aeroespacial, saúde, eletrônica, bioeletrônica, fotônica, aumototivo, decorativo). Foram diversas as interações ocorridas: entre pessoas diferentes, entre o teórico e o experimental, entre indústria e academia, entre ciência e tecnologia, entre áreas do conhecimento (Química, Física, Biologia, Engenharia, Medicina).
Nos simpósios desta edição do evento, houve velhos conhecidos (como o Simpósio Brasileiro de Eletrocerâmica, em sua décima primeira edição), simpósios com alguns anos de vida (como o de Engenharia de Superfícies) e simpósios totalmente novos na praça, como o de nanofibras e aplicações.
Os simpósios do XVII B-MRS Meeting foram organizados por 76 pesquisadores ligados a instituições de ensino e pesquisa ou empresas de diversos pontos do Brasil, bem como da Alemanha, Argentina, Canadá, Chile, Espanha, Estados Unidos e Portugal.
Imagens dos simpósios. A partir da esquerda: apresentação oral, foro tecnológico e sessão de pôsteres.
Palestras sobre instrumentação científica
Localizada entre a entrada do Centro de Convenções e a Secretaria do evento, caminho à sala das plenárias, a área dos expositores teve muito movimento, e não apenas nos horários do coffee break, que foi servido no local. Vinte empresas e a UFRN estavam ali com seus estandes atendidos por especialistas, seus materiais de divulgação, brindes e, em alguns casos, equipamentos para demonstração. Além disso, na quarta-feira, algumas das empresas de instrumentação científica ofereceram dez palestras técnicas sobre avanços e as novas aplicações de diversas técnicas de caracterização, e sobre inovações em equipamentos laboratoriais.
E a participação dos expositores foi além do técnico. Solidus, empresa júnior de Engenharia de Materiais e Mecânica que participou do evento no estande da UFRN, disponibilizou uma moldura de fotos para os visitantes que quisessem tirar uma foto de lembrança do XVII B-MRS Meeting e compartilhá-la nas redes sociais.
Área dos expositores
Propostas de estudantes para a indústria aeroespacial (Desafio Aerospace Materials and Manufacturing for the Next Century)
Um dos destaques do evento foi o desafio tecnológico da indústria aeroespacial para estudantes de graduação e pós-graduação participantes do encontro. Com o objetivo de motivar estudantes a fazer pesquisa multidisciplinar com aplicações aeroespaciais, e de aproximar o meio acadêmico e a indústria, a atividade foi idealizada e organizada por um grupo de pesquisadores de universidades brasileiras e de duas empresas líderes do segmento aeroespacial, a estadunidense Boeing e a brasileira Embraer.
A atividade iniciou na segunda-feira, dia 17 de setembro, quando 55 estudantes, interessados em participar do desafio que tinha sido previamente anunciado pelos canais da SBPMat, fizeram suas inscrições no estande da Boeing, Patrocinadora Diamante do evento, localizado na área de expositores do centro de convenções. No final do dia, um sorteio definiu quais seriam os participantes do desafio.
No dia seguinte, durante o horário do almoço, especialistas apresentaram seis desafios técnicos relacionados a problemas ou oportunidades da indústria aeroespacial para 36 estudantes que almoçavam, na plateia, o conteúdo das lunch boxes patrocinadas pela Boeing. Após as apresentações, os estudantes formaram as respectivas equipes de trabalho.
Apenas 24 horas depois, os seis grupos tiveram que apresentar, em idioma inglês, suas soluções, enquanto eram avaliados nos quesitos de originalidade, conteúdo técnico, alinhamento com o desafio proposto, potencial de implementação da solução e qualidade da apresentação. O júri foi composto por nove pesquisadores da área de Materiais do Brasil e do exterior, ligados à Boeing, à Embraer e a instituições de ensino e pesquisa. Novamente, as lunch boxes acalmaram a fome dos participantes.
No dia seguinte, durante a Cerimônia de Premiação do evento, Catherine Parrish, Coordenadora Sênior de Pesquisa em Materiais e Processos na Boeing, e Fabio Santos da Silva, Engenheiro Sênior de Materiais, Desenvolvimento de Produtos na Embraer, anunciaram o trabalho vencedor e entregaram diplomas e brindes aos membros da equipe vencedora, composta por cinco estudantes de mestrado e doutorado em Materiais, Química e Física de instituições das regiões Sul, Nordeste e Centro-Oeste do Brasil. “Estamos muito felizes com os resultados do desafio. Os participantes apresentaram ideias realmente inovadoras; foi fantástico”, disse Parrish.
Respondendo ao desafio “Estruturas e sistemas aeroespaciais inspirados pela natureza – folha de lótus”, a equipe ganhadora apresentou as propriedades da folha de lótus, principalmente sua superhidrofobia e sua consequente capacidade autolimpante. Os estudantes sugeriram aplicações no segmento aeroespacial (principalmente, na fuselagem de aeronaves) de materiais com superfícies inspiradas na folha de lótus, e propuseram caminhos para obtenção dessas superfícies. “O que eu aprendi com esse desafio foi que manter a calma é muito importante para continuar desenvolvendo um trabalho e ajudar o próximo no que for possível. Cada um dá sua contribuição e juntos vamos somando as habilidades individuais”, conta Angélica Belchior Vital, doutoranda em Engenharia Química da UFRN e membro da equipe premiada. “Foi bem divertido e saímos empolgados com as ideias e discussões geradas”, comenta.
Três momentos do atividade, incluindo a apresentação dos desafios (centro) e das soluções (direita).
Sustentabilidade e impacto acadêmico e social nas visões de cientistas mundialmente renomados (Palestras plenárias)
Duas plenárias por dia. Oito cientistas de destacada trajetória que, ao longo do evento, dividiram com os participantes do evento sua expertise em temas de grande impacto acadêmico, social e econômico. Pilares dos encontros da SBPMat, as palestras plenárias desta edição do evento reuniram algumas centenas de participantes e mostraram o papel crucial da pesquisa em Materiais em assuntos como sustentabilidade e saúde.
Junbai Li
Na primeira plenária do evento, o Professor Junbai Li, do Instituto de Química da Academia Chinesa de Ciências, revelou como ajuda a natureza a montar nano e micro estruturas a partir de moléculas biológicas. Mais precisamente, Li, que é editor-chefe da revista Colloids & Surfaces A (Elsevier) e editor da seção de auto-montagem na Current Opinion em Colloid & Interface Science (Elsevier), utiliza um tipo de aminoácido (os peptídeos) como “tijolo” básico para formar suas estruturas por meio de processos de automontagem. Ele consegue controlar a arquitetura das estruturas e gerar formatos semelhantes a tubos, plaquetas, vesículas ou flores. O proeminente cientista chinês mostrou que essas estruturas, biocompatíveis, podem ser usadas para estancar sangramentos, curar doenças da pele e carregar fármacos. Materiais baseados em peptídeos farão parte da vida cotidiana em alguns anos, garantiu o cientista.
A plenária da tarde foi proferida por um cientista que trabalha há 25 anos na área de P&D da Vacuumschmelze, fabricante de materiais magnéticos avançados e produtos relacionados, nascida na Alemanha e presente em dezenas de países. Christian Polak falou sobre alguns dos materiais desenvolvidos na empresa (ligas magnéticas amorfas e nanocristalinas), seus processos de fabricação e suas aplicações em produtos que fazem parte do portfólio da empresa; por exemplo, transformadores, conversores e sensores de corrente elétrica. Na palestra, foi possível conferir que a aplicação de muito conhecimento científico especializado resulta em produtos amplamente comercializados e em inovações que acompanham as demandas do mercado consumidor, como, por exemplo, componentes para melhorar o desempenho de smartphones.
Na terça-feira de manhã, a plenária foi oferecida por Heinz von Seggern, ex-pesquisador dos famosos Laboratórios Bell e da Siemens, e Professor Aposentado, mas ainda muito ativo, da Faculdade de Ciência de Materiais da Universidade Técnica de Darmstadt (Alemanha). Seggern falou sobre polímeros ferroelétricos – materiais que apresentam, espontânea e permanentemente, cargas elétricas polarizadas – característica que pode ser aproveitada em diversas aplicações, como os conhecidos microfones de eletretos. Em perspectiva histórica, Seggern mostrou avanços na compreensão, fabricação, caracterização e aplicação de alguns desses materiais. Nessa história, foram citados pelo Professor Seggern pesquisadores brasileiros que são participativos sócios da SBPMat, como os professores Sérgio Mascarenhas, José Giacometti e Roberto Faria, bem como o alemão Bernhard Gross, que chegou ao Brasil na década de 1930 e acabou se tornando pioneiro da pesquisa em Materiais no país.
Bernhard Keimer
E depois de três plenárias sobre pesquisa principalmente aplicada, o Professor Bernhard Keimer (índice h=86), numa palestra que ele mesmo classificou como de pura pesquisa fundamental, mostrou os esforços experimentais que realiza junto a seu grupo do Instituto Max Planck de Pesquisa em Estado Sólido (Alemanha) para compreender e controlar comportamentos coletivos de elétrons, mais precisamente as chamadas “correlações eletrônicas”, que seriam responsáveis por gerar fenômenos tão impactantes como a supercondutividade. Para realizar seus estudos, Keimer, que é diretor desse instituto, cria “heteroestruturas”, as quais combinam finíssimas camadas de diversos materiais (principalmente óxidos metálicos). Trata-se de materiais quânticos – aqueles cujas propriedades macroscópicas dependem das propriedades ou comportamento de seus elétrons. Keimer e seus colaboradores analisam esses materiais usando técnicas de espectroscopia avançadas, e assim conseguem não apenas entender, como também começar a controlar, as correlações entre entidades tão minúsculas e difíceis de estudar como spins e cargas.
Carlos Graeff
A relação entre energia, materiais e sustentabilidade voltou às sessões plenárias na manhã da quarta-feira, na palestra do brasileiro Carlos Frederico Oliveira Graeff, Professor e Pró-Reitor de Pesquisa da UNESP (Brasil). A fala começou com um panorama do uso das diferentes fontes de energia. Se atualmente 2/3 da eletricidade que a humanidade consome provêm de combustíveis fósseis, responsáveis pelo efeito estufa, essa relação mudará progressivamente até 2040, devido ao significativo aumento da energia solar e eólica na matriz energética. De fato, essas são fontes de energia capazes de fornecer energia em quantidades muito superiores à demanda humana atual (mais de 3.000 vezes no caso da luz solar). Depois de explicar os fundamentos do efeito fotovoltaico, responsável pela conversão de luz solar em eletricidade, Graeff falou sobre dois tipos de células solares que podem concorrer com as de silício –estas últimas, já amplamente comercializadas. O cientista mostrou as vantagens e desvantagens das células solares baseadas em corantes e em perovskitas, e citou as contribuições que ele tem feito, junto a seu grupo de pesquisa e colaboradores, para o desenvolvimento desses dispositivos. O sucesso das células solares depende de se combinar adequadamente uma série de materiais que devem trabalhar em conjunto, disse Graeff, lançando o desafio para a comunidade de pesquisa presente na sala.
A sustentabilidade permeou também a plenária de You-Lo Hsieh, Distinguished Professor da UC Davis (EUA). A cientista situou o momento atual na segunda revolução industrial, iniciada por volta de 1850 e impulsionada pelo uso do petróleo para gerar energia e materiais plásticos, e pelos avanços da Ciência e Engenharia de Materiais. Se, por um lado, essa revolução trouxe produtos que tornam a vida humana mais confortável, ela também aumentou milhares de vezes as emissões de dióxido de carbono e a gerou bolsões de lixo nos oceanos, para citar apenas algumas das consequências. Hsieh desenvolve novos materiais, como nanofibras e aerogéis biopoliméricos, que poderiam compor uma economia de outro tipo, baseada em processos químicos de baixo impacto ambiental e no uso da biomassa (o conjunto de organismos vivos, desde bactérias até resíduos animais ou vegetais). Com a parceria de empresas, ela espera transformar esses materiais em produtos novos que gerem mercados novos. A professora relacionou os desafios da implementação de uma economia desse tipo, desde conectar o desenvolvimento de tecnologia com as demandas do mercado até conseguir a aceitação dos consumidores.
Pietro Matricardi
As aplicações biomédicas voltaram à cena na penúltima plenária do evento. Pietro Matricardi, Professor da Universidade de Roma “La Spienza”, falou sobre seus trabalhos com hidrogéis (géis com alto conteúdo de água) baseados em polissacarídeos (polímeros naturais constituídos por longas cadeias de açúcares simples, os monossacarídeos). O hidrogel combinado com o polissacarídeo, disse Matricardi, pode formar um material inteligente, capaz de aderir a tecidos vivos, cobrir sua superfície sem deixar interstícios e interagir positivamente com eles. O gel pode ainda ser carregado com algum fármaco ou composto, que será liberado aos poucos no tecido vivo. Em colaboração com um dentista, Matricardi testou os efeitos de seu hidrogel, carregado com um anti-inflamatório e com hidroxiapatita (usada para regeneração óssea) em pacientes com periodontite severa, com resultados muito positivos. Em sua versão nano, o hidrogel, quando adequadamente fabricado, pode transportar um ou mais fármacos dentro do organismo e entrega-los na medida certa e no local certo. Tal é o caso de uma droga para tratamento do câncer de próstata que é conveniente administrar junto com um anti-inflamatório. Nanohidrogéis, carregados ou não com fármacos, também podem funcionar para tratar infecções bacterianas da pele, como demonstraram bons resultados de estudos realizados com ratos por Matricardi.
A última plenária do evento começou com uma imagem tão conhecida quanto preocupante: emissões de dióxido de carbono em aumento e aquecimento global. “A economia circular de dióxido de carbono é desafio principal para a humanidade”, disse o palestrante, Joan Ramón Morante Lleonart (índice h=82), diretor do Instituto de Pesquisa em Energia da Catalunha (IREC), professor da Universidade de Barcelona e editor-chefe do Journal of Physics D. Esse conceito alude a retirar do ambiente o excesso de dióxido de carbono gerado pelas atividades humanas, captura-lo e transformar a molécula em compostos úteis, tais como metanol, metano ou ácido fórmico, capazes de gerar produtos e combustíveis. Para quebrar a molécula de CO2 em escala industrial, é necessário dispor de muita energia, a qual é desejável obter a partir de fontes renováveis. Ao longo desse processo de “reciclagem” do dióxido de carbono, os materiais cumprem, mais uma vez, papeis cruciais. Entretanto, os materiais existentes não dão conta, em muitos casos, de cumprir com eficiência, em condições reais, as funções necessárias para que essa reciclagem se torne realidade. O professor Morante pontuou uma série de desafios para a Ciência e Tecnologia de Materiais, relativos ao desenvolvimento ou aprimoramento de nanomateriais para captação e purificação de dióxido de carbono, materiais para cátodos e ânodos usados em processos fotoelétricos, materiais resistentes à corrosão para reatores e, principalmente, nanomateriais catalíticos para a redução do dióxido de carbono. A plenária encerrou a programação técnica do evento com uma imagem muito animadora: a de uma casa típica da economia circular do carbono. Essa casa não precisa de combustíveis fósseis para atender às necessidades de seus moradores; ela consome sol, vento, ar e água, produz toda a eletricidade e combustíveis que necessita, e devolve ao ambiente apenas ar puro.
O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: One-step electrodeposited 3D-ternary composite of zirconia nanoparticles, rGO and polypyrrole with enhanced supercapacitor performance. Alves, Ana Paula P.; Koizumi, Ryota; Samanta, Atanu; Machado, Leonardo D.; Singh, Abhisek K.; Galvao, Douglas S.; Silva, Glaura G.; Tiwary, Chandra S.; Ajayan, Pulickel M. NANO ENERGY, volume 31, January 2017, 225–232. DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.11.018.
Material avançado para supercapacitores supercapazes
Supercapacitores são dispositivos de estocagem de eletricidade que apresentam a útil particularidade de liberarem grandes quantidades de energia em curtos intervalos de tempo. Já são usados, por exemplo, em veículos elétricos ou híbridos, flashes de câmeras fotográficas e elevadores, mas ainda podem ser aperfeiçoados – em grande parte, com a contribuição da Ciência e Tecnologia de Materiais – para as aplicações atuais e potenciais. Em um esquema bem simplificado, um supercapacitor é formado por dois eletrodos, o positivo e o negativo, separados por uma substância contendo íons positivos e negativos (o eletrólito).
Um artigo recentemente publicado no periódico científico Nano Energy (fator de impacto 11,553) apresenta uma contribuição de uma equipe científica internacional e interdisciplinar ao desenvolvimento de materiais que melhoram o desempenho de supercapacitores. Mediante um processo simples e facilmente escalável, o time de pesquisadores do Brasil, Estados Unidos e Índia fabricou eletrodos de um material compósito formado por polipirrol (PPi), óxido de grafeno reduzido (rGO) e nanopartículas de óxido de zircônio (ZrO2). Ao combinarem os três materiais, os cientistas conseguiram gerar um eletrodo com grande área superficial e alta porosidade – características fundamentais para promover a interação dos íons do eletrólito com a superfície dos eletrodos e, dessa maneira, potencializar o desempenho do supercapacitor.
“Nossa contribuição diferenciada foi a síntese, em uma única e simples etapa de eletrodeposição, de um híbrido contendo grafeno, óxido de zircônio e polipirrol e a demonstração experimental de ganhos consideráveis em propriedades eletroquímicas, em paralelo à modelagem teórica visando obter uma compreensão do papel dos componentes do material”, diz Glaura Goulart Silva, professora do departamento de Química da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e autora correspondente do artigo.
Além de preparar amostras do compósito ternário (ou seja, formado por três elementos) PPi/rGO/ZrO2, a equipe fabricou, usando o mesmo método e para fins de comparação, amostras do compósito binário PPi/rGO, e amostras de polipirrol puro. Os três materiais foram analisados usando as técnicas de XPS (espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X), MEV (microscopia eletrônica de varredura), espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de transmissão, para determinar sua composição, estrutura e morfologia.
Como pode ser observado nas imagens de MEV da figura abaixo, os cientistas notaram que a adição de óxido de grafeno e nanopartículas de zircônia mudara significativamente a morfologia do material. Enquanto o polipirrol puro tinha formado um filme trincado e com aspecto de aramado, o compósito com grafeno possuía uma morfologia granulosa e sem fendas, e o material com óxido de zircônio se apresentava com aspecto semelhante ao de folhas.
Finalizando a parte experimental do estudo, os cientistas realizaram uma série de testes para medir o desempenho dos três materiais enquanto supercapacitores. Os resultados mostraram que a capacidade de armazenar cargas elétricas (capacitância) tinha aumentado até 100% no compósito ternário com relação ao polipirrol. Além disso, esse desempenho, em vez de diminuir devido ao uso do eletrodo, aumentara 5% depois de 1.000 recargas nos compósitos binário e ternário.
O artigo foi o primeiro a apresentar a introdução de nanopartículas de óxido de zircônio em eletrodos de polipirrol e grafeno para supercapacitores. Assim, a equipe realizou modelagens computacionais para analisar o papel do óxido de zircônio no desempenho do compósito. As simulações confirmaram os efeitos benéficos das nanopartículas na estabilidade do material, diretamente relacionada ao alongamento da vida útil dos eletrodos.
Esquema ilustrativo de armazenamento de carga e interação dos íons próximos à superfície dos eletrodos de polipirrol puro (PPi), con óxido de grafeno reduzido (PPi/rGO) e polipirrol, PPi/rGO/ZrO2 (acima), baseado na morfologia associada às imagens de MEV da superfície dos eletrodos com os respectivos materiais sob substrato de fibra de carbono (abaixo). Imagem feita por Ana Paula Pereira Alves para sua tese de doutorado.
“O potencial destes novos compósitos para uso em supercapacitores é muito grande devido às necessidades de aumento da densidade de energia fornecida pelo dispositivo, em paralelo à sua miniaturização”, afirma a professora Goulart Silva. “A alternativa desenvolvida no trabalho em questão permite um melhor desempenho em termos de estabilidade à ciclagem com ganhos na direção da segurança do supercapacitor. O uso de supercapacitores e baterias nos carros elétricos e híbridos é uma das frentes tecnológicas onde estes materiais podem encontrar aplicação”, completa.
A partir da esquerda do leitor: a professora Glaura Goulart Silva (UFMG), o professor Pulickel Ajayan (Rice University) e Ana Paula Pereira Alves, doutora recém- diplomada pela UFMG.
O trabalho faz parte do doutorado em Química de Ana Paula Pereira Alves, realizado com orientação da professora Goulart Silva e defendido em fevereiro deste ano na UFMG com uma tese sobre síntese e caracterização de materiais avançados para supercapacitores. Na universidade mineira, Pereira Alves realizou, no doutorado, um treinamento intensivo em técnicas de síntese e análise físico-química de polímeros conjugados e de grafenos e em caracterização de supercapacitores. Em 2015, ela partiu para os Estados Unidos para realizar um estágio “sanduíche” de um ano, com apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), no departamento de Ciência dos Materiais e Nanoengenharia da Rice University, no grupo de pesquisa do professor Pulickel Ajayan (pesquisador com índice h=139 segundo o Google Scholar), que é colaborador do grupo da professora Goulart Silva desde 2010. “O professor Ajayan tem sistematicamente proposto inovações radicais em sínteses e design de baterias e supercapacitores, com grande impacto internacional na área”, comenta ela.
O trabalho experimental reportado no artigo foi realizado na Rice University, com a presença de todos os autores, inclusive os oriundos do Brasil e da Índia, sem omitir a própria professora Goulart Silva, que passou ali o mês de fevereiro de 2016 com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (Fapemig). “O ambiente altamente interdisciplinar do Department of Materials Science and NanoEngineering da Rice permitiu que engenheiros, físicos e químicos se reunissem para trabalhar em um problema de grande importância na atualidade”.
A modelagem computacional foi realizada por pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) – entre eles, o professor Douglas Galvão (Unicamp), que mantinha uma colaboração científica com o professor Ajayan desde antes do início desta pesquisa.
“Em minha opinião este trabalho é um excelente exemplo de sucesso, onde a competência dos grupos brasileiros se uniu à de um grupo altamente produtivo e impactante no cenário internacional e se complementaram”, diz Goulart Silva. “A estabilidade e ampliação dos investimentos em pesquisa e desenvolvimento no Brasil são essenciais para que exemplos de trabalhos como esse sejam corriqueiros. Pesquisa é um investimento que precisa ser feito a longo termo, sem retrocessos, para assim permitir uma alta taxa de retorno em termos de materiais, tecnologias e pessoas altamente qualificadas. Ana Paula Alves é agora uma jovem doutora em busca de oportunidade para construir seu grupo de pesquisa e assim formar novos estudantes e contribuir para enfrentar os desafios do nosso país”, completa a professora da UFMG.
