João Pessoa no fundo e, na frente, recifes do Picãozinho, a cerca de 1.500 metros da praia de Tambaú. Foto: Cacio Murilo.
João Pessoa é terceira cidade mais antiga do Brasil, sendo a capital do estado da Paraíba, localizada na região nordeste do país. Conta com uma população de aproximadamente 770.000 pessoas, enquanto sua região metropolitana abrange 8 cidades satélites com 1.223.000 habitantes. Caracterizada por um clima quente e úmido, a temperatura média anual de João Pessoa fica em volta dos 26º C, chegando aos 29º C entre os meses de setembro e outubro.
João Pessoa é conhecida como a “Porta do Sol”, ou “a cidade onde o sol nasce primeiro”, tendo o ponto mais oriental do Brasil. Também possui um belo pôr do sol, que pode ser admirado ao som do Bolero de Ravel na Praia do Jacaré. Além disso, é uma das cidades mais verdes do mundo, devido à presença de duas reservas de Mata Atlântica na cidade.
João Pessoa tem uma importante cultura local. Seu conjunto histórico-arquitetônico é riquíssimo, com construções barrocas do século XVI que merecem ser visitadas.
Estação Cabo Branco de Ciência, Cultura e Artes. Foto: Cacio Murilo.
Outro ponto turístico é a Estação Cabo Branco de Ciência, Cultura e Artes, localizada no ponto mais oriental das Américas (Ponta do Seixas), a qual é uma instituição educativa e cultural, bem como um marco nacional. O complexo, inaugurado em 2008, foi concebido pelo arquiteto brasileiro Oscar Niemeyer, e é um dos seus últimos projetos.
Contudo, as principais atrações turísticas de João Pessoa são suas 18 belas praias de águas mornas e verdes – águas essas com uma temperatura média de 28º C. Sete dessas praias estão localizadas em áreas urbanas, são de fácil acesso, e muito convidativas para um bom mergulho.
Esperamos vê-los no XIII Encontro da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais, a ser realizado de 28 de setembro a 02 de outubro de 2014, em João Pessoa, PB, Brasil. Este ano, o encontro aceitou 2.141 resumos e, até o momento, conta com cerca de 2.000 inscrições, vindas do Brasil e de outros 27 países.
O XIII Encontro será formado por 19 simpósios, seguindo o modelo empregado em encontros tradicionalmente organizados por Sociedades de Pesquisa em Materiais, tratando de tópicos como a síntese de novos materiais, simulações computacionais, propriedades ópticas, magnéticas e eletrônicas, materiais tradicionais como argilas e cimentos, metais avançados, nanoestruturas de carbono e grafeno, nanomateriais para nanoestruturas, sistemas de armazenamento de energia, compósitos, engenharia de superfícies e outros. Uma novidade será um simpósio dedicado à inovação e à transferência de tecnologia na pesquisa em materiais. O programa também inclui 7 palestras plenárias, apresentadas por pesquisadores de renome internacional.
Neste ano, a SBPMat fará apresentações sobre os resultados de duas importantes ações de nossa sociedade. A primeira será a reunião da diretoria da SBPMat com os grupos do programa University Chapters(UCs) já estabelecidos e com estudantes interessados em estabelecer novos UCs. A segunda é o lançamento de uma publicação do Institute of Physics IOP em nome da SBPMat, intitulada Materials Science Impact, relatando os avanços da pesquisa em Materiais no Brasil.
A cerimônia de abertura será seguida pela Palestra Memorial “Joaquim Costa Ribeiro” sobre a evolução da pesquisa em materiais no Brasil, apresentada pelo Professor José Arana Varela. Durante a cerimônia de encerramento, os coordenadores dos simpósios irão entregar o “Prêmio Bernhard Gross” aos estudantes pelo melhor pôster e pela melhor apresentação oral de cada simpósio.
Em nome do comitê organizador, gostaríamos de agradecer aos funcionários e à direção da SBPMat, além de suas agências contratadas, aos coordenadores de simpósio e membros dos comitês de programa, local e nacional, por sua dedicação e pelos grandes esforços empregados para que este encontro seja possível.
Esperamos que os participantes aproveitem um encontro muito agradável, marcado pela troca estimulante de informações científicas e pela criação de novas colaborações.
Ieda M. Garcia dos Santos e Severino Jackson Guedes de Lima
Prof. Chang e outros desenvolvedores de Nanocos, um jogo de cartas que incentiva estudantes a aprender conceitos de ciência e seu papel na escala nano.
Robert Chang é professor de Ciência e Engenharia de Materiais no primeiro departamento acadêmico de Ciência de Materiais do mundo, criado há mais de 50 anos na Northwestern University, na qual ele também é diretor do Instituto de Pesquisa em Materiais.
Ele recebeu o título de Bacharel em Ciências, com habilitação em Física, no Massachusetts Institute of Technology (MIT) e o de doutor em Física de Plasmas na Princeton University. Por 15 anos, ele conduziu pesquisas básicas na Bell Labs. Durante os últimos 28 anos na Northwestern University, também dirigiu diversos centros e programas de pesquisa e educação na área de materiais da National Science Foundation (NSF).
O professor Chang foi presidente da Sociedade de Pesquisa em Materiais dos Estados Unidos, a Materials Research Society (MRS)em 1989. Ocupa o cargo de Secretário Geral e Presidente Fundador da União Internacional de Sociedades de Pesquisa em Materiais (IUMRS, na sigla em inglês). Recebeu várias distinções por seu trabalho, como o Prêmio Woody, da MRS, em 1987, a bolsa Siu Lien Ling Wong, da Universidade Chinesa de Hong Kong, em 1999, e o Prêmio Director´s Distinguished Teaching Scholar da NSF, em 2005. Além de membro da Sociedade Americana de Vácuoe da MRS, ele é membro honorário das Sociedades de Pesquisa em Materiais da Índia, Japão e Coreia.
Ele é (co)autor de 400 artigos em publicações arbitradas, com aproximadamente 13.000 citações e um índice H de 56.
Segue a nossa entrevista com o professor Chang, que dará uma palestra plenária no XIII Encontro da SBPMat.
BoletimSBPMat: – No seu ponto de vista, quais sãos as suas principais contribuições para a área de Ciência e Engenharia de Materiais?
Robert Chang: 1. O processamento a plasma de materiais semicondutores;
2. Materiais baseados em carbono, como o diamante, fulerenos e nanotubos de carbono, e os dispositivos relacionados a eles;
3. Células solares de 3ª geração;
4. Materiais plasmônicos infravermelhos e sensores.
5. Filmes finos de óxidos para dispositivos eletrônicos e fotônicos.
Publicações mais importantes abaixo.
H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang. Random Laser Action in Semiconductor Powder. Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999); DOI:http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.2278.
Michael D. Irwin, D. Bruce Buchholz, Alexander W. Hains, Robert P. H. Chang, and Tobin J. Marks.p-Type semiconducting nickel oxide as an efficiency-enhancing anode interfacial layer in polymer bulk-heterojunction solar cells. PNAS, vol. 105 no. 8, 2783–2787 (2008); doi: 10.1073/pnas.0711990105.
Q. H. Wang, A. A. Setlur, J. M. Lauerhaas, J. Y. Dai, E. W. Seelig and R. P. H. Chang. A nanotube-based field-emission flat panel display. Appl. Phys. Lett. 72, 2912 (1998);http://dx.doi.org/10.1063/1.121493.
Quanchang Li, Vageesh Kumar, Yan Li, Haitao Zhang, Tobin J. Marks, and Robert P. H. Chang. Fabrication of ZnO Nanorods and Nanotubes in Aqueous Solutions. Chem. Mater., 2005, 17 (5), pp 1001–1006. DOI: 10.1021/cm048144q.
Boletim SBPMat: – E quais são as suas principais contribuições para a educação científica, especialmente na área de Ciência de Materiais?
Robert Chang: – Nos últimos 20 anos, eu conduzi o desenvolvimento do programa Materials World Modules para ensinar estudantes pré-universitários sobre materiais e nanotecnologia: materialsworldmodules.org; nclt.us; gsasprogram.org; imisee.net.
Boletim SBPMat: – Poderia nos dar uma prévia da sua palestra plenária no Encontro da SBPMat? Do que o senhor pretende tratar?
Robert Chang: – Mobilizar cidadãos do mundo a solucionar problemas globais, juntos!
Boletim SBPMat: – Fique à vontade para deixar uma mensagem aos nossos leitores na comunidade de Pesquisa em Materiais, se quiser.
Robert Chang: – A pesquisa e a educação em materiais e nanotecnologia são a força que impulsionará todas as tecnologias futuras, inclusive nas áreas de energia, meio ambiente, saúde e segurança.
“Luminescência aplicada à nanomedicina” é o tema de uma das palestras plenárias que a comunidade de pesquisa em Materiais vai poder assistir em nosso XIII Encontro da SBPMat (João Pessoa, 28 de setembro a 2 de outubro). O palestrante será o físico português Luís António Ferreira Martins Dias Carlos, professor titular da Universidade de Aveiro (Portugal), o qual obteve seu Doutorado pela Universidade de Évora (Portugal) em 1995 com um trabalho sobre fotoluminescência de eletrólitos poliméricos incorporando sais de lantanídeos.
Na Universidade de Aveiro, em 2000, Luís Carlos fundou um grupo de pesquisa voltado para híbridos orgânico-inorgânicos funcionais. O grupo estabeleceu uma rede internacional de contatos dedicada a esses materiais híbridos luminescentes, contando com mais de 30 grupos de pesquisa na Europa, China, Japão, Singapura, Brasil e Austrália. Também em Aveiro, desde 2009, Luís Carlos é o vice-diretor do Centro de Investigação em Materiais Cerâmicos e Compósitos (CICECO) , um dos maiores institutos europeus de pesquisa em Materiais e Nanotecnologia.
Ele é membro da Academia das Ciências de Lisboa (seção de Física) desde 2011. Também foi professor visitante da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP) em 1999, 2012 e 2013, e da Universidade de Montpellier 2 (França) em 2008. Além disso, recebeu uma bolsa de “Pesquisador Visitante Especial” do CNPq, através do Programa Ciência em Fronteiras, em 2013.
Ele é coautor de mais de 345 trabalhos em publicações internacionais, 8 artigos de revisão convidados, 5 capítulos de livros e 2 patentes internacionais. Conta com mais 8.000 citações, tendo um índice H de 47. Já apresentou 40 palestras plenárias e convidadas em conferências. Também é o editor associado do Journal of Luminescence.
Segue nossa entrevista com o palestrante.
Boletim da SBPMat: – Existem aplicações de materiais luminescentes em nanomedicina que já estejam no mercado/na sociedade? Por favor, dê alguns exemplos de impacto.
Luís Carlos: – Sim, sem dúvida, existem materiais luminescentes com importantes aplicações em nanomedicina que estão já no mercado. Posso destacar dois exemplos:
– Complexos orgânicos de iões lantanídeos (como, por exemplo, criptatos e β-dicetonatos) são comercializados como agentes de contraste para imagem por ressonância magnética (usando essencialmente Gd3+) e como marcadores luminescentes (usando Eu3+, Sm3+ e Tb3+) para fluoroimunoensaios. Fluoroimunoensaio é um método de imunologia para diagnóstico clínico particularmente relevante na triagem neonatal e pré-natal e na detecção de proteínas, vírus, anticorpos, bio marcadores tumorais e resíduos de fármacos. É interessante mencionar neste contexto o trabalho realizado por vários pesquisadores do INCT INAMI (Brasil) na implementação em ambiente hospitalar de um protótipo para o desenvolvimento de métodos de diagnóstico por fluoroimunoensaio da leishmaniose tegumentar americana, do câncer da próstata (PSA) e da lipoproteína de baixa densidade (LDL) utilizando antígenos recombinantes marcados com complexos de iões lantanídeos (e.g. Eu3+, Tb3+ e Nd3+). O mercado mundial de agentes de contraste e marcadores luminescentes baseados em iões lantanídeos é avaliado em várias centenas de milhões de dólares americanos.
– Nanopartículas luminescentes (“quantum dots”, QDs – ou pontos quânticos, em português -, e nanocristais incorporando iões lantanídeos) têm ganho um protagonismo incrível nos últimos anos graças a importantíssimas aplicações no diagnóstico por imagem óptica e em técnicas de terapia. Estimativas recentes avaliam o mercado mundial de nanopartículas luminescentes na área da saúde em mais de 20 milhões de dólares americanos. Um exemplo a destacar no tratamento de tumores é a hipertermia local. A hipertermia local, também designada como termoterapia local, é um tipo de tratamento em que os tecidos biológicos (geralmente células cancerosas) são expostos a temperaturas superiores a 45°C danificando-os irreversivelmente e provocando a sua morte (as lesões colaterais nos tecidos normais circundantes ao tumor são, em geral, mínimas). Inúmeros ensaios clínicos de hipertermia são realizados actualmente em todo o mundo para melhor compreender e aperfeiçoar a técnica. Por exemplo, a utilização de nanopartículas luminescentes ou magneto-luminescentes (com iões magnéticos como o Ferro ou o Cobalto) vectorizadas para se ligarem a pontos específicos nas células cancerígenas, para permitir, respectivamente, o aquecimento local por absorção de radiação electromagnética e por indução magnética é um novo tipo de hipertermia local. O controlo preciso da temperatura na área de irradiação limitando os efeitos deste aumento de temperatura sobre outras partes do corpo é, ainda, um desafio decisivo para a vulgarização da técnica.
Boletim da SBPMat: – Muito brevemente, quais seriam os principais desafios na área de luminescência aplicada à nanomedicina?
Luís Carlos: – Destaco dois exemplos. A melhoria de técnicas de imagem de diagnóstico e o desenvolvimento de micro/nanotermómetros luminescentes que permitam mapear com uma resolução da ordem do décimo de grau a temperatura intracelular.
Centros emissores na região do infravermelho próximo (e.g. iões lantanídeos como o Nd3+ e o Yb3+, QDs e corantes orgânicos) têm grandes vantagens relativamente aos emissores na região do visível para aplicações de imagem em nanomedicina. Por exemplo, os tecidos biológicos têm uma menor autofluorescência na janela do infravermelho próximo, permitindo uma melhor discriminação sinal-ruído e melhorando a sensibilidade à detecção. Além disso, os fotões no infravermelho próximo interagem menos com os tecidos biológicos, em comparação com os fotões na região do visível, diminuindo, assim, o risco de perturbar ou danificar os sistemas biológicos que estão a ser observados. Assim, a síntese de novas nanopartículas luminescentes emitindo eficientemente no infravermelho próximo (apresentando, nalguns casos, luminescência persistente, isto é, emissão de luz que se prolonga por minutos, horas ou mesmo dias, após o final da excitação) provocará, sem dúvida, uma revolução na microscopia de fluorescência com o desenvolvimento de técnicas de imagem in vitro e in vivo no infravermelho próximo (cuja radiação penetra mais profundamente nos tecidos biológicos, quando comparada com a luz visível).
O desenvolvimento de micro/nanotermómetros luminescentes que permitam mapear a temperatura intracelular, em particular em células cancerígenas, vai, seguramente, melhorar a percepção que temos actualmente sobre a sua patologia e fisiologia optimizando diagnósticos prematuros e processos terapêuticos (como vimos acima no caso da hipertermia local). Estes termómetros não invasivos serão uma ferramenta decisiva para compreendermos melhor um conjunto de processos celulares que são acompanhados por alterações da temperatura, por exemplo, a divisão celular, a expressão genética, ou alterações na actividade metabólica. Finalmente, o desenvolvimento de nanotermómetros luminescentes na região do infravermelho próximo capazes de sensoriamento térmico e penetrando mais profundamente nos tecidos biológicos abrirá a porta para o sensoriamento térmico e de imagem in vivo (numa primeira fase em pequenos animais).
Boletim da SBPMat: – Na sua própria avaliação, quais são as principais contribuições à Ciência e Engenharia de Materiais que você fez durante sua carreira científica? Por favor, acrescente à resposta uma seleção de 3 ou 4 publicações destacadas da sua autoria.
Luís Carlos: – Normalmente os nossos trabalhos mais recentes têm tendência a parecer-nos os mais importantes…Apesar desta constatação, entendo que as minhas principais contribuições para a Ciência e Engenharia de Materiais estão relacionados com o desenvolvimento de i) materiais híbridos orgânicos-inorgânicos luminescentes, ii) nanotermómetros raciométricos baseados na emissão característica de pares de iões lantanídeos (Eu3+/Tb3+ e Er3+/Yb3+) e iii) nanoplataformas combinando nanoaquecedores (partículas metálicas de Ouro ou Prata) e nanotermómetros, que permitem o aumento local da temperatura por irradiação laser e simultaneamente a medida precisa desse mesmo aumento de temperatura. Os quatro trabalhos seguintes ilustram estas contribuições:
1. Full Colour Phosphors From Eu(III)-Based Organosilicates. L. D. Carlos, Y. Messaddeq, H. F. Brito, R. A. Sá Ferreira, V. de Zea Bermudez, S. J. L. Ribeiro, Adv. Mater. 12, 594–598 (2000)
2. Nanoscopic Photoluminescence Memory as a Fingerprint of Complexity in Self-Assembled Alkylene/Siloxane Hybrids. L. D. Carlos, V. de Zea Bermudez, V. S. Amaral, S. C. Nunes, N. J. O. Silva, R. A. Sá Ferreira, J. Rocha, C. V. Santilli, D. Ostrovskii, Adv. Mater. 19 341–348 (2007)
3. A Luminescent Molecular Thermometer for Long-Term Absolute Temperature Measurements at the Nanoscale. C. D. S. Brites, P. P. Lima, N. J. O. Silva, A. Millán, V. S. Amaral, F. Palacio, L. D. Carlos, Adv. Mater. 22, 4499–4504 (2010)
4. All-In-One Optical Heater-Thermometer Nanoplatform Operative From 300 to 2000 K Based on Er3+ Emission and Blackbody Radiation. M. L. Debasu, D. Ananias, I. Pastoriza-Santos, L. M. Liz-Marzan, J. Rocha, L. D. Carlos, Adv. Mater. 25, 4868–4874 (2013)
O físico alemão Karl Leo estudou Física na Universidade Albert Ludwig de Friburgo (Alemanha) e obteve o título de “Diplomphysiker” com uma dissertação sobre células solares pelo Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar (Alemanha). Em 1988, concluiu seu Doutorado na Universidade de Stuttgart graças à tese apresentada no Instituto Max Planck de Pesquisa em Física do Estado Sólido. Entre 1989 e 1991, conduziu seu pós-doutorado nos Laboratórios AT&T Bell (Estados Unidos). Em 1991, ele entrou para a Universidade RWTH Aachen (Alemanha) como professor assistente e conseguiu sua Habilitação. Em 1993, foi contratado pela Universidade Técnica de Dresden (Alemanha) como professor de Optoeletrônica. No Instituto Fraunhofer para Microssistemas Fotônicos, entre 2001 a 2013, foi chefe de departamento e, na sequência, diretor.
O professor Leo recebeu alguns dos mais prestigiados prêmios alemães na área de ciência, tecnologia e inovação, como o Prêmio Leibniz (2002) e o German Future Prize (2011).
Também é o autor de mais de 550 publicações arbitradas, com mais de 23.000 citações, tendo um índice H = 73 (Google Scholar). Além disso, é (co)inventor de aproximadamente 50 famílias de patentes.
Desde 1999, já cofundou 8 empresas spin-off, como Heliatek e Novaled, as quais empregaram mais de 250 pessoas e geraram mais de 60 Mi € até a atualidade.
O prof. Karl Leo segurando um módulo de célula solar orgânica em teste num teto da universidade KAUST, na Arábia Saudita.
Segue nossa entrevista com o plenarista.
Boletim da SBPMat: – Na sua própria avaliação, quais são as suas principais contribuições para a área de Ciência e Engenharia de Materiais? Por favor, considere trabalhos, patentes, empresas derivadas, produtos etc.
Karl Leo: – Eu dediquei a maior parte das últimas décadas a aprimorar semicondutores orgânicos e desenvolver novos conceitos de dispositivos desses materiais. Um exemplo é o desenvolvimento da dopagem eletrônica controlada, que permite condutividades elétricas muito maiores. Como resultado disso, nós conseguimos, por exemplo, produzir diodos orgânicos para emitir luz branca que são mais eficientes do que lâmpadas fluorescentes. Como princípio para um dispositivo, também poderia citar o desenvolvimento de novos transistores verticais, capazes de conduzir correntes muito elevadas, e que, portanto, podem ser usados para alimentar displays de diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs, na sigla em inglês).
Boletim da SBPMat: – Poderia nos adiantar o que pretende abordar em sua palestra plenária no XIII Encontro da SBPMat?
Karl Leo: – Vou abordar dispositivos orgânicos de alta eficiência, incluindo tanto OLEDs quanto células solares orgânicas. Também pretendo descrever os desafios na pesquisa em materiais e a importância de novos conceitos de dispositivos.
Boletim da SBPMat: – Poderia escolher algumas das suas principais publicações (por volta de 3 ou 4) sobre os temas da sua palestra plenária para dividi-las com nosso público?
Karl Leo: –
1. Doped Organic Transistors: Inversion and DepletionRegime. Lüssem, B., Tietze, M.L., Kleemann, H., Hoßbach, C., Bartha, J.W., Zakhidov, A. and Leo, K. , Nature Comm. 4, 2775 (2013).
2. Phase-locked coherent modes in a patterned metal-organic microcavity. Brückner, R. Zakhidov, A., Scholz, R., Sudzius, S., Hintschich, S.I., Fröb, H., Lyssenko, V.G. and Leo, K., Nature Photonics 6, 322–326 (2012).
3. White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency. Reineke, S.; Lindner, F.; Schwartz, G. et al., Nature 459, 234 (2009).
Boletim da SBPMat: – Fique à vontade para deixar uma mensagem para nossos leitores da comunidade de pesquisa em Materiais.
Karl Leo: – A área de pesquisa em Materiais nunca foi tão empolgante, e, no campo dos semicondutores orgânicos, ainda estamos começando, talvez no mesmo ponto em que estávamos com o silício em 1970…
O químico italiano Roberto Dovesi, professor titular da Universitá degli Studi di Torino, onde ele chefia o Grupo de Química Teórica, proferirá uma das palestras plenárias em nosso XIII Encontro da SBPMat. Dovesi falará sobre os cálculos teóricos aplicados aos materiais.
O foco da sua atividade científica é abordar, do ponto de vista da Mecânica Quântica, a Química e Física do Estado Sólido, a Ciência de Materiais e a Ciência de Superfícies. Em particular, sua atividade primária é a implementação de programas de computador ab initio para o estudo da estrutura eletrônica de compostos periódicos.
Dovesi é um dos criadores de CRYSTAL, uma ferramenta computacional para a caracterização de sólidos cristalinos. O projeto CRYSTAL foi iniciado em 1976, e envolveu (e ainda envolve) um grande número de colaboradores de muitos países. A primeira versão do software foi lançada em 1988. Depois vieram mais seis versões. CRYSTAL é hoje um programa licenciado usado em mais de 350 laboratórios no mundo. Nos últimos cinco anos, mais de 30 estudantes de doutorado e pós-doutorado de países europeus visitaram o Grupo de Química Teórica de Torino para serem apresentados aos aspectos formais e ao uso do código CRYSTAL.
Cada ano, o grupo de Dovesi organiza eventos internacionais sobre simulação de sólidos na abordagem da Mecânica Quântica. Um deles foi realizado em 2012 no Brasil. Neste ano quatro cursos foram organizados em Perth (Austrália), Jahnsi (India), Regensburg (Alemanha) e Londres (Inglaterra).
Roberto Dovesi é autor de mais de 250 artigos publicados em periódicos internacionais e de um livro (com Cesare Pisani e Carla Roetti) publicado pela editora Springer em 1989. Desde 1985, ele recebeu mais de 7.000 citações. Seu índice h é de 51.
Segue nossa entrevista com o plenarista.
Boletim da SBPMat: – Compartilhe conosco, muito brevemente, a história do desenvolvimento de CRYSTAL desde a primeira ideia até a comercialização.
Roberto Dovesi:- Em 1970 Cesare Pisani, Carla Roetti e eu decidimos explorar as possibilidades da simulação como um complemento aos experimentos no estudo de sólidos cristalinos.
Nós começamos a desenvolver pequenos códigos baseados na analogia com os códigos que estavam aparecendo na literatura produzida principalmente pelas universidades dos Estados Unidos. Em 1976 nós começamos a implementar códigos para cálculos quânticos ab initio para sólidos, usando ferramentas e metodologias que eram comuns para a comunidade de Química Teórica (em oposto à comunidade de Estado Sólido). Foram 4 anos de estudo muito duro e codificação para se chegar a um primeiro resultado preliminar, a estrutura de bandas do grafite e sua energia total. Oito anos depois, em 1988, CRYSTAL estava maduro o suficiente para ser publicamente distribuído pelo Programa de Intercâmbio de Química Quântica (QCPE, na sigla em inglês). O CRYSTAL foi o primeiro código periódico distribuído publicamente para a comunidade científica.
Nesse meio tempo muitos novos colaboradores de diversos países se juntaram ao grupo (eu gostaria de mencionar ao menos um deles, Vic Saunders, do Daresbury Laboratory, no Reino Unido). Nos anos seguintes diversas novas edições foram distribuídas (1992, 95, 98, 2003, 2006, 2009, 2014), cada uma correspondente às generalizações e extensões do código em diversas direções. A última edição (CRY14) foi distribuída em mais de 200 laboratórios em menos de um ano.
Espectro Raman do piropo.
Boletim da SBPMat: – Por favor, explique para um público amplo o que pode ser feito com o CRYSTAL no campo de Ciência e Engenharia de Materiais.
Roberto Dovesi:- O CRYSTAL pode ser usado para estudar muitas propriedades de estado fundamental de sistemas periódicos em 1 dimensão (nanotubos, polímeros), 2 dimensões (monocamadas, lâminas) e 3 dimensões (cristais); soluções sólidas, moléculas e aglomerados podem ser investigados também. Hartree-Fock e DFT de diversos tipos são os Hamiltonianos disponíveis. Um conjunto muito grande de propriedades pode ser estudado, a lista pode ser encontrada em www.crystal.unito.it. Uma lista curta inclui propriedades elásticas, piezoelétricas, fotoelásticas, dielétricas, polarizabilidade e tensores de hiperpolarizabilidade, espectro IR e RAMAN, estrutura de bandas eletrônicas e fonônicas.
Boletim da SBPMat: – Escolha algumas de suas principais publicações (3 ou 4) para compartilhá-las com nossos leitores.
Roberto Dovesi:-
1. Raman Spectrum of Pyrope Garnet. A Quantum Mechanical Simulation of Frequencies, Intensities, and Isotope Shifts. Lorenzo Maschio, Bernard Kirtman, Simone Salustro, Claudio M. Zicovich-Wilson, Roberto Orlando and Roberto Dovesi. J. Phys. Chem. A, 2013, 117 (45), pp 11464–11471.
2. Structural, electronic and energetic properties of giant icosahedral fullerenes up to C6000: insights from an ab initiohybrid DFT study. Yves Noel, Marco De La Pierre, Claudio Marcelo Zicovich Wilson, Roberto Orlando, Roberto Dovesi. Phys Chem Chem Phys. 2014, Jun 11; 16(26):13390-401.
3. Symmetry and random sampling of symmetry independent configurations for the simulation of disordered solids. Philippe D’Arco, Sami Mustapha, Matteo Ferrabone, Yves Noël, Marco De La Pierre, Roberto Dovesi. J Phys Condens Matter. 2013 Sep 4; 25(35): 355401.
Boletim da SBPMat: – Conte-nos o que você pretende abordar em sua palestra no XIII Encontro da SBPMat.
Roberto Dovesi:- Eu tentarei demonstrar que atualmente simulações quânticas podem ser ferramentas úteis para complementar os experimentos. O custo menor do hardware e a disponibilidade de códigos computacionais poderosos, precisos e gerais permite executar simulações também para não especialistas. Eu demonstrarei que o número de propriedades disponíveis torna a simulação muito interessante.
“Dispositivos Eletrônicos Orgânicos” é o tema da palestra plenária que será proferida pelo Professor Alberto Salleo no XIII Encontro Anual da SBPMat. O professor Salleo dirige um grupo de pesquisa na Universidade de Stanford (EUA), voltado para o desenvolvimento de novos materiais e técnicas de processamento para dispositivos eletrônicos / fotônicos de áreas amplas e flexíveis. Salleo se formou em Química, com láurea acadêmica, em 1994 pela Universidade La Sapienza, de Roma (Itália). Concluiu seu mestrado em 1998 e seu doutorado em 2001, em Ciência de Materiais, pela Universidade de California, Berkeley (EUA). Ele passou 4 anos no Centro de Pesquisa Palo Alto (EUA) antes de se juntar ao Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Stantford em dezembro de 2005. Salleo é Editor Principal da MRS Communications, Editor Associado do Journal of Electronic Materials, e membro do Conselho Consultivo do Journal of Organic Electronics. Recebeu o Early Career Achievement Award da SPIE, a sociedade internacional de Óptica e Fotônica, e o 3M Untenured Faculty Award, entre outras honras. Ele é autor ou coautor de mais 140 trabalhos em periódicos com revisão por pares, bem como de 6 capítulos de livros, além de ser o coautor de um livro sobre eletrônica flexível.
Confira abaixo nossa entrevista com o palestrante.
Boletim da SBPMat: – Escolha algumas de suas publicações mais destacadas sobre eletrônica orgânica e compartilhe-as com nossos leitores.
Alberto Salleo: – Meu grupo tem se interessado, há bastante tempo, pelo papel que as imperfeições exercem no transporte nos semicondutores orgânicos. Combinamos a caracterização dos materiais para correlacionar estrutura e propriedades, realmente nos aprofundando na “Ciência de Materiais” dos semicondutores orgânicos. Em 2009, investigamos a função da estrutura das bordas de grão no transporte de cargas em semicondutores cristalinos [J. Rivnay, L. Jimison, J. Northrup, M. Toney, R. Noriega, T. Marks, A. Facchetti, A. Salleo, “Large Modulation of Carrier Transport by Grain Boundary Molecular Packing and Microstructure in Organic Semiconductor Thin Films. Implications for Organic Transistor Performance”, Nature Materials 8, 952-958 (2009)]. Depois, estendemos nosso trabalho para compreender como a microestrutura dos polímeros semicristalinos afeta a mobilidade do portador, e esboçamos algumas regras básicas para os materiais [R. Noriega, J. Rivnay, K. Vandewal, F.P.V. Koch, N. Stingelin, P. Smith, M.F. Toney, A. Salleo, “A general relationship between disorder, aggregation and charge transport in conjugated polymers“, Nature Materials, 12, 1037-1043 (2013)].
Nos últimos anos, temos nos interessado nos processos fundamentais da geração de cargas na fotovoltaica orgânica. Em colaboração com outros grupos, descobrimos o intermediário fundamental do processo de produção de cargas, que é o estado de transferência de carga termalizado. [K. Vandewal, S. Albrecht, E.T. Hoke, K.R. Graham, J. Widmer, J.D. Douglas, M. Schubert, W.R. Mateker, J.T. Bloking, G.F. Burkhard, A. Sellinger, J.M.J. Frechet, A. Amassian, M.K. Riede, M.D. McGehee, D. Neher, A. Salleo, “Efficient charge generation by relaxed charge-transfer states at organic interfaces”, Nature Materials 13, 63-68 (2014)].
O transporte de cargas em microestruturas poliméricas heterogêneas é dominado pela percolação através de regiões ordenadas.
Boletim da SBPMat: – Em sua opinião, quais são os principais desafios da eletrônica orgânica para a Ciência e Engenharia de Materiais? E quais serão as principais aplicações dos semicondutores orgânicos que veremos no cotidiano nas próximas décadas?
Alberto Salleo: – Como esses materiais apresentam ligações de van der Waals fracas, sua microestrutura é muito dependente dos processos. Esta é uma propriedade excelente para os estudos fundamentais, uma vez que ela nos permite produzir uma grande variedade de estruturas com relativa facilidade. Por outro lado, a maioria das aplicações exige que muitos (às vezes, milhares) de dispositivos sejam integrados, o que impõe restrições rigorosas sobre a reprodutibilidade das características elétricas. Alcançar o nível de reprodutibilidade necessário para construirmos circuitos minimamente complexos ainda é desafiador.
Quanto às aplicações, é importante pensar em um espaço que seja bem adaptado às propriedades únicas dos semicondutores orgânicos. Displays de OLED já estão no mercado, mas talvez no futuro possam ser acionados por transistores orgânicos para expandir ainda mais sua flexibilidade, além da sustentabilidade em sua fabricação. OLEDs também são promissores como fontes de iluminação com baixo consumo e custos reduzidos. Claro, há um progresso contínuo na fotovoltaica, e a possibilidade de os materiais orgânicos integrarem células tandem vem se tornando cada vez mais realista, enquanto descobertas fundamentais também podem torná-los competitivos como junções simples para aplicações às quais sua leveza e flexibilidade agreguem valor. Por fim, há diversas aplicações que não exigem grande velocidade, mas que se beneficiam das propriedades mecânicas dos orgânicos. Estou falando da bioeletrônica e dos eletrônicos vestíveis, os quais têm crescido significativamente nos últimos tempos. Dispositivos orgânicos têm sido usados para monitorar sinais cerebrais e entregar medicamentos em determinados pontos do organismo, além medir o batimento cardíaco ou a taxa de oxigênio sanguíneo.
Boletim da SBPMat: – Conte-nos um pouco a respeito da palestra plenária sobre dispositivos eletrônicos orgânicos que dará no XIII Encontro da SBPMat.
Alberto Salleo: – Meu interesse é compreender como a microestrutura e as imperfeições exercem uma função nas propriedades dos materiais. No fim das contas, essas relações são importantes para todos os dispositivos, portanto, considero que nosso trabalho é bastante fundamental, independentemente das aplicações. Meu objetivo na palestra é escolher um dispositivo (ainda tenho alguns meses para decidir qual!) e demonstrar exatamente como a estrutura do material, em todas as escalas, afeta o seu comportamento. Esse tipo de estudo estabelece um nexo entre os cientistas que produzem os materiais, aqueles que os processam, e aqueles que projetam os dispositivos.
