vivianekettermann, Author at Engenheiro de Materiais

11 de novembro de 201527 de agosto de 2018

O material natural mais resistente do mundo

Até então a teia de aranha era o material biológico mais resistente conhecido por nós. A teia tem um potencial de aplicação gigante que vai desde coletes à prova de balas até eletrônicos. Recentemente, porém, cientistas que estudam moluscos da família Patellidae descobriram que os dentes desse animal são cerca de 5 vezes mais resistentes mecanicamente que a seda feita pelas aranhas. Lembrando que se a teia de aranha tivesse a espessura de um lápis ela conseguiria parar um Boing em pleno vôo, então imagina o que esse material consegue fazer!

Dentes do molusco. Foto: Universidade de Darthsmouth

Os moluscos possuem uma língua cheia de pequenos dentes, que não podem ser vistos a olho nu. Eles servem para coletar comida das rochas para alimentá-lo, o que ocorre é que muitas vezes um pedaço ou outro de rocha é engolido no processo. Ou seja, seus dentes são tão resistentes que conseguem escavar uma rocha ao se alimentar.

Por que eles são tão resistentes?

O segredo desse material consiste na pequena espessura das fibras presentes nele, que possuem cerca de um centésimo da espessura de um fio de cabelo. Na engenharia de materiais, fibras são muito utilizadas, pois elas geram nos materiais elevadas resistências. Quando temos uma fibra grande, por exemplo, o material tende a ter mais falhas, o que naturalmente reduz a força de uma estrutura. Assim, essas fibras minerais muito finas evitam o enfraquecimento da estrutura por poros ou falhas. Em relação à composição química, as fibras contém um material extremamente resistente chamado de Goethita. Esse é um mineral de óxido de ferro, cuja a fórmula química é FeO(OH).

Qual a utilidade desse material para nós?

Como já falamos algumas vezes aqui no blog, nos inspiramos muito em materiais da natureza. Então a compreensão desse tipo de estrutura é muito importante para que possamos transferir o conhecimento para a fabricação de materiais mais eficientes para aplicações que já utilizam fibras para aumentar a resistência, como em aviões e barcos.

Fontes da pesquisa:

BBC

Revista Galileu

Quer conhecer mais materiais que utilizam substâncias naturais como fonte de inspiração ou como matéria-prima? Leia outros textos do Engenheiro de Materiais:

Cientistas produzem material inspirado em teia de aranha;

Materiais luminescentes inspirados em organismos encontrados no oceano;

Roupas produzidas a partir de bebidas alcoolicas;

Chá-verde como matéria-prima têxtil;

Microorganismos marinhos produzem minerais complexos que não se consegue sintetizar;

Fotossíntese artificial pode ajudar o meio ambiente.

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6 de novembro de 2015

Como é feita e qual a importância da reciclagem do vidro

Se olharmos quanto tempo um vidro demora para se decompor em comparação com um plástico, vemos que sua vida é estimada pelo dobro de tempo da do polímero, mas então por que é muito mais sustentável utilizar vidros?

Fonte imagem: Anavidro

Pelo simples fato dos vidros serem 100% recicláveis! Os polímeros não são totalmente recicláveis, além disso para recicla-los não podemos misturar dois tipos diferentes e também é muito difícil de identificar rapidamente qual o tipo que foi utilizado. Já garrafas de vidro com cores diferentes por exemplo podem passar pelo processo juntas sem nenhum problema químico, mas com a mistura de cores a cor resultante do vidro não possui grande valor agregado. Vidros com diferentes colocações misturados não causam um grande problema porque sua composição química é muito semelhante, o que muda nas composições é a porcentagem em massa ou ausência de alguns óxidos, os quais chamamos de cromóforos. À medida que temos um aumento da porcentagem de óxido de ferro, o vidro passará do transparente para o marrom, por exemplo. Vale lembrar também que vidros de espelhos, de lâmpadas, de carros ou do tipo pirex não podem ser misturados com os vidros de embalagens, que geralmente são do tipo sódio-cálcico.

A maior parte dos resíduos vítreos produzidos na Europa já são reciclados, mas infelizmente essa ainda não é a realidade do Brasil! Aqui menos de 50% são reciclados e 7 toneladas de vidro são descartados todos os meses em São Paulo, ou seja, quilos e mais quilos de matéria-prima para novos produtos são simplesmente jogados no lixo todos os dias. Ainda, a reciclagem de 1 tonelada evita que 1300 Kg de areia sejam extraídas. É um desperdício e tanto, né? Sem contar que a extração de areia causa muitos problemas ambientais, como por exemplo a rápida degradação dos rios.

Uma das principais vantagens do reprocessamento do vidro, além da questão ambiental, é que esse processo economiza grande quantidade de energia. Para produzir 1 kg de vidro novo são necessários 4500 kJ, enquanto que para produzir 1 kg de vidro reciclado necessita-se de 500 kJ!

Além disso o processo de reciclagem é muito simples: Quando o material chega na empresa ele passa por um processo de lavagem, para retirar os resíduos. Logo em seguida o vidro passa por um processo de trituração e então é refundido. As temperaturas ideais para a fabricação de um vidro novo ficam por volta de 1500 a 1600°C, já a refusão do material pode ser realizada por volta dos 1000°C, como comentado anteriormente irá reduzir muito os gastos com energia. Com isso, os vidros novamente são transformados em produtos, como embalagens e espumas vítreas, sem nenhuma diferença de desempenho em relação ao vidro produzido pela primeira vez.

Se a logistica de recolhimento de resíduos fosse melhor no nosso país e a população como um todo fosse conscientizada, com certeza a porcentagem de materiais reciclados no Brasil, não só vidro, seria muito maior. Outro fator é que os empresários do ramo de reciclagem preferem reciclar alumínio, que é um material com valor agregado bem maior, então gerará lucros bem maiores!

Referência utilizada

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28 de outubro de 2015

Filme polimérico que muda de cor quando dobrado

A natureza é uma grande fonte de inspiração e de análise pelos cientistas. Os materiais bioinspirados são aqueles, como o nome já diz, que imitam os materiais provenientes da natureza e suas estruturas, mas são produzidos artificialmente. Lembra dos materiais luminescentes bioinspirados que falamos neste post? No caso que falaremos hoje, não foi exatamente isso o que aconteceu, pois os engenheiros começaram a produzir o material antes mesmo de se ter conhecimento de como os camaleões, exemplo típico da natureza de mudança de cor, mudam de cor, mas criaram um sistema muito semelhante a eles.

Fonte imagem

Primeiro é muito importante entender como ocorre o fenômeno de absorção e reflexão que permite que a gente veja determinada cor. Considerando uma superfície qualquer: A composição química única da superfície absorve vários comprimentos de onda de luz, os que não são absorvidos são refletidos de volta. Dependendo dos tamanhos do comprimento das ondas refletidas, vamos enxergar uma cor específica do objeto. Assim, quanto menores eles forem mais azulado o material vai ser e quanto maior mais avermelhado. Quando uma folha de árvore, por exemplo, muda do verde para uma tonalidade alaranjada no outono, está ocorrendo uma alteração na composição química da folha.

Esse ano pesquisadores da Suíça revelaram que não é através da alteração da composição química que ocorre a mudança de cor nos camaleões, mas sim que eles mudam a forma com que os componentes da pele refletem a luz. O mecanismo consiste em alterar o equilíbrio de sal de algumas células específicas, o que faz com que aumente a absorção de água, aumentando a distância entre os cristais que estão organizados numa estrutura 3D. Dessa forma, é refletido um comprimento de onda de luz maior.

A Universidade de Berkeley criou um filme polimérico que muda de cor quando deformado, que funciona de forma muito semelhante ao sistema do camaleão. Para fazer isso eles fizeram gravações num filme de silício, menores que o comprimento de onda da luz, que permitem selecionar quais as cores que o material poderá refletir, dependendo de como ele for deformado. Então, o incorporaram dentro de um filme plástico. Quando ele é dobrado, fletido, esticado ou curvado, a distância entre os feixes será alterada, produzindo alterações na cor. O material funcionou tão bem que refletiu 83% da luz incidida.

Além de serem utilizados como sinalizadores de possíveis defeitos e deformações em componentes mecânicos, acredita-se que esses materiais teriam grande aplicação em telas com alta eficiência de energia, como por exemplo nos e-readers e em outros eletrônicos. As telas coloridas de dispositivos eletrônicos como os iPads e Kindle consomem muito a bateria, pois eles utilizam energia para forçar elementos da tela para emitir tais cores. Seria muito interessante ganhar umas horas a mais de bateria, não é mesmo?

No blog já falamos sobre os polímeros que mudam de cor conforme a temperatura é alterada, para relembrar dele clique aqui!

Fonte:

Sciencemag

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23 de outubro de 201510 de agosto de 2018

A pele artificial que será criada pelo processo de impressão 3D

A marca de cosméticos L’Oreal fechou recentemente um acordo com a empresa Organovo para a produção de uma pele artificial produzida a partir da técnica de impressão 3D para substituir os testes em animais. Confesso que fiquei um pouco triste com a notícia, pois uma pele artificial estava na minha lista de “Materiais para Inventar”, mas a minha felicidade com certeza foi muito maior em saber que um dos meus sonhos vai se tornar realidade em aproximadamente 5 anos. A engenharia e a criação desse novo material vai poupar a vida de milhões de animais, pois a cada ano 100 milhões de animais são sacrificados em testes em laboratórios, segundo a Peta (People for the Ethical Treatment of Animal).

Fonte imagem

A L’Oreal já trabalha com tecidos doados por pacientes de cirurgias plásticas e existem nove tipos de amostras, com doadores de diferentes etnias e idades. Geralmente são colocadas essas células em um suporte de hidrogel e, em seguida, utilizadas como matéria-prima nas impressoras. Esse é um grande exemplo do intercâmbio de informações que deve ocorrer entre os profissionais da área de engenharia e das áreas biológicas.

Mas a Organovo trabalha com um processo diferente, sem utilizar essa base com hidrogel. Curiosamente, a empresa está à procura de um engenheiro de materiais que trabalhe com biomateriais para desenvolver materiais que melhorem a estrutura e a construção das estruturas celulares através da impressão.

A impressão 3D

A impressão 3D já existe desde 1984, mas há poucos anos que ela vem se desenvolvendo intensamente. O processo consiste em criar um objeto tridimensional através da adição de material em forma de camadas. Ela é um tipo de fabricação que cria objetos sólidos através de modelos digitais, chamada aditiva, entre outros exemplos podemos citar a fusão a laser e também a moldagem por injeção. Os materiais hoje mais trabalhados na impressão 3D são os polímeros, entre eles o ABS, o PLA e o nylon. Além disso é possível processar o alumide (material feito com nylon, polímero e alumínio), aço inoxidável, ouro e platina.

Outro tipo de pele artificial

Há alguns anos, cientistas da universidade de Stanford criaram a primeira pele artificial que é sensível à pressão e é capaz de se auto-curar. Antes desse material, para ser curado o polímero deveria ser submetido a altas temperaturas e isso não é nem um pouco praticável, considerando que uma pessoa irá utiliza-lo. Outro polímeros não eram condutores, o que limitava muito as aplicações.

Com a criação de Zenhan Bao isso foi possível! O segredo consiste na ligação de hidrogênio entre duas moléculas e a fraca atração entre a região de carga negativa de um átomo com a região de carga positiva do átomo seguinte. Assim, essa fraca ligação permite que os átomos se separem, mas que se reconectem em seguida, ao se reorganizar para restaurar a sua estrutura após a fratura. Para aumentar a resistência mecânica e a condutividade, partículas de níquel foram adicionadas ao polímero. Além disso, o material consegue restaurar-se 75% em apenas alguns segundos e 100% em até meia hora.

Se você ficou interessado na vaga da Organovo, ela está disponível nesse link. (Visto pela última vez em 23-10-2015)

E se você quiser ler mais sobre o assunto você pode pesquisar na BBC e no Polymer Solutions

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16 de outubro de 201515 de agosto de 2018

Superplásticos com nanopartículas de argila

Quando pensamos em argila nos vem à mente vasos de cerâmica, ou aplicações que vemos como simples, que não possuem novas tecnologias envolvidas. Mas na verdade, hoje existem vários trabalhos com esse material nanoparticulado aplicado na área de cosméticos e, como falaremos hoje, na área de nanocargas de polímeros.

Primeiramente, é muito comum adicionarmos diferentes cargas aos polímeros com o intuito de alterar as suas propriedades. Elas podem ser:

Aditivos de modificação

Reforço (melhoram propriedades de tração, compressão, estabilidade térmica e dimensional, tenacidade e abrasão), extensores (diminuem o custo de produção), plastificantes (aumentam flexibilidade), espumantes, corantes e agentes de reticulação.

Aditivos de proteção

Antioxidantes (retardam o envelhecimento), protetores UV, retardantes de chamas, estabilizantes de chamas e antiozonantes.

A argila pode ser utilizada como carga com o objetivo de retardar a chama e de diminuir o custo de produção, por poder ser produzida em larga escala, possuir menor impacto ambiental do que outros aditivos, gerar menos poeira e ser estável em temperaturas acima de 600 graus celsius.

Por causa de todas essas vantagens, foi criado o nanocompósito polimérico reforçado com argila. No estudo realizado na Universidade Federal do Piauí foi utilizada argila bentonítica, proveniente de uma rocha constituida por um argilomineral montmorilonítico, formado através de desvitrificação seguida pela alteração química de um material vítreo, originária de uma cinza ou um tufo vulcânico. A versatilidade da bentonita permite grandes modificações planejadas da sua microestrutura com o intuito de obter propriedades específicas do material, esse conceito de manipulação é conhecido como “taylor made”.

A argila se encontra em forma de lamelas no material de aproximadamente 1 nm de espessura e centenas de nanômetros de comprimento e de largura. Porém, a mistura entre o polímero e a argila muitas vezes não resulta em um nanocompósito, devido às fracas interações entre o elemento orgânico e o inorgânico. Caso a interação seja mais forte, ela poderá se organizar em forma de lamelas como é o ideal e para obtê-la se utiliza a organofilização da argila.

Mas o que é essa reação de organofilização?

Esquema de como ocorre a organofilização. Fonte imagem

Ela consiste nesse caso numa troca catiônica. Os cátions das galerias da argila, geralmente os Na+ por serem facilmente trocados, como é visto acima, são trocados por cátions orgânicos de sais quaternários de amônio. A adição dessas moléculas no material inorgânico gera expansões entre os planos da argila, alterando sua natureza hidrofílica para hidrofóbica ou organofílica. As argilas organofílicas possuem inúmeras outras funções importantes além de serem utilizadas como carga em polímeros, elas são utilizadas até mesmo em condicionadores, germicidas, amaciantes e cosméticos em geral.

O grande problema das argila organofílicas é que elas possuem riscos ambientais e sanitários devido ao uso dos sais, então a vantagem antes citada de adicionar esse material como carga por ser ambientalmente correto não pode ser mais considerada. Porém existem novas pesquisas para substituir as aminas problemáticas por um composto chamado de fosfato de difenila resorcinol.

Quais outras aplicações de engenharia para a argila você conhece?

Você pode ler mais em:

Materiais sobre aditivos de polímeros

Inovação Tecnológica – Argila organofílica

BARBOSA R., MORAIS D. D. S., ARAUJO E. M., MÉLO T. J. A. Caracterizações de argilas bentoníticas e síntese de argilas organofílicas para uso em nanocompósitos poliméricos – Parte II. Revista Cerâmica (58), páginas 495-499, 2012.

SILVA I. A., COSTA J. M. R., FERREIRA H. S., MENEZES R. R., NEVES G. A., FERREIRA H. C. Organofilização de argilas bentoníticas com tensoativos não-iônicos visando seu uso em fluidos de perfuração base óleo. Revista Cerâmica (58), páginas 317-327, 2012.

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7 de outubro de 2015

Cristais do Aquaman – Diga adeus aos tanques de oxigênio!

A verdade é que inúmeras vezes a ciência se baseia em filmes ou desenhos, já falamos por aqui por exemplo da capa de invisibilidade do Harry Potter e semana passada falamos sobre músculos artificiais inspirados do braço do Luke Skywalker. Um dos heróis da DC Comics, o Aquaman, além de poder nadar em altas velocidades e se comunicar com a vida marinha ele podia respirar embaixo da água. Incrível não? Muito melhor do que os cilindros de ar que podem chegar a pesar 15 quilos!

Em busca desse sonho, a professora Christine McKenzie e seu aluno Jonas Sundberg da University of Southern Denmark sintetizaram um material que consegue absorver grandes quantidades de oxigênio e armazená-lo. Além da aplicação citada acima, esse material também auxiliará pessoas com problemas médicos e também necessitam do tanque e em carros que utilizam células combustíveis.

Equipe envolvida no projeto. Fonte imagem

O fato de um material reagir com o oxigênio não é nenhuma novidade, na verdade vivenciamos isso no nosso dia a dia, como por exemplo com a comida e com o vinho por exemplo. O grande diferencial desse material, então, é que a reação do oxigênio com ele não é irreversível. Assim o material pode absorver, armazenar e transportar o gás, tornando-o não só um recipiente, mas também um sensor. E ele é tão eficaz que um balde de 10 litros do material é capaz de absorver o oxigênio de uma sala inteira!

Outro fator bem importante é que ele consegue absorver e liberar o gás várias vezes sem perder a sua função. McKenzie explica que seria como mergulhar uma esponja na água, apertar para eliminá-la e novamente fazer com que ela retenha mais água.

E como o oxigênio pode ser gerado?

Quando o cristal for aquecido lentamente, ele vai começar a ser liberado ou também irá liberar quando submetido à baixas pressões. Hoje, os pesquisadores estudam se seria possível fazê-lo liberar através da emissão de luz.

A composição química deste material é [{(bpbp)Co2II(NO3)}2(NH2bdc)](NO3)2$2H2O, onde bpbp = 2,6-bis(N,N-bis(2-pyridylmethyl)- aminomethyl)-4-tert-butylphenolato, e NH2bdc2 = 2-amino-1,4-benzenedicarboxylato. Mas o mais importante disso tudo é o cobalto! Ele é o elemento que dará ao material a estrutura eletrônica ou molecular que permite que o material absorva o oxigênio de suas redondezas. Os seres humanos e os seres que respiram utilizam pequenas quantidades de metais para a absorção de oxigênio, em nós, por exemplo, o metal utilizado é o ferro, mas alguns animais podem utilizar até mesmo o cobre. Outro ponto bem importante para esse efeito foi a cristalização do material. Com ela pode-se ver essa absorção e liberação do gás, já a rápida precipitação formou um pó amorfo incapaz ou pouco capaz de fazer a reação inversa com O2.

A absorção do material pode levar de segundos até dias, porque depende muito do ambiente que ele se encontra e de suas variáveis (pressão, temperatura e quantidade de oxigênio presente). Além disso, diferentes versões desse material podem atuar em diferentes circunstâncias, por exemplo uma máscara com várias camadas poderia fornecer à uma pessoa oxigênio diretamente do ar sem precisar de equipamentos sofisticados de alta pressão ou bombas. Poucos gramas do material poderiam prover O2 suficiente para uma pessoa e podem até absorver o gás da água.

A má notícia é que ainda vamos ter que esperar por um bom tempo para desenvolver os outros superpoderes do Aquaman!

Referências:

Jonas Sundberg, Lisa J. Cameron, Peter D. Southon, Cameron J. Kepert, Christine J. McKenzie. Oxygen chemisorption/desorption in a reversible single-crystal-to-single-crystal transformation. Chemical Science, 2014; 5 (10): 4017 DOI: 10.1039/C4SC01636J
University of Southern Denmark. “New material steals oxygen from air.” ScienceDaily. ScienceDaily, 30 September 2014. <www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140930113254.htm>.

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2 de outubro de 2015

O material que imita os músculos

Quem não lembra do duelo de Luke Skywalker e do Darth Vader no no episódio V do Star Wars? Nesse filme, Luke após ferido recebe um braço mecânico igualzinho ao original. Isso está cada vez mais perto da nossa realidade por causa dos polímeros eletroativos (EAPs) que imitam os músculos de nosso corpo!

Esses polímeros quando estimulados por um campo elétrico podem sofrer uma alteração na sua forma, no seu tamanho (músculos artificiais), na sua cor (dispositivos eletrocrômicos – como os vidros eletrocrômicos e polímeros que mudam de cor) ou uma redução ou oxidação (baterias e capacitares). Também podem ser divididos em dois tipos: eletrônicos ou iônicos. No último tipo citado há a mobilização dos portadores de carga no material quando eles forem polarizados, já nos eletrônicos eles respondem a um estímulo através da mobilidade eletrônica na sua estrutura. Além disso, um material também pode ter os dois tipos de fluxos! Um exemplo de polímero que pode ser utilizado para produzir músculos é o polipirrol, que é um material condutor e possui os dois tipos de correntes, iônica e eletrônica.

Nos Estados Unidos existe uma start up trabalhando com músculos artificiais, a Ras Labs, que possuem um projeto em conjunto com a NASA. Por que a NASA se interessaria em um material desse tipo se a aplicação é mais biomédica?

Curiosity em Marte. (Foto: NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Há uma grande importância hoje na utilização de robôs em missões espaciais, as quais seriam muito perigosas para os seres humanos, como podemos ver na missão do Curiosity em Marte. Então robôs com músculos sintéticos terão capacidades bem parecidas com as nossas, podendo realizar tarefas bem mais complexas. Mas o material deve resistir ao ambiente do espaço, como por exemplo devem possuir resistência à radiação. Assim esses materiais foram enviados para permanecer em órbita no foguete SpaceX 6 Falcon 9 nesse ano e irão voltar à terra em 2016 e talvez serão incluídos na missão de Marte de 2020.

O músculo criado pela Ras Labs resiste à temperaturas muito baixas (2 a 4 Kelvin) e também à relativamente altas para polímeros (135°C) e ainda resiste à radiações fatais para os humanos. Lenore Rasmussen, co-fundadora da start-up diz que o material se ajusta ao corpo humano, ou seja vai reagir quando o usuário estiver desidratado depois de uma corrida, por exemplo e até mesmo para manter um certo conforto, irão preencher os espaços do corpo do paciente.

Esse material ainda está em fase de teste, ou seja, ainda não é utilizado comercialmente, mas ele poderá ser ajustado conforme a necessidade do consumidor alterando por exemplo a flexibilidade e ductilidade do polímero, segundo a Ras Labs.

O vídeo abaixo é um vídeo demonstrativo de uma cabeça de um robô feito pela NASA, você consegue imaginar até onde podemos ir com essa tecnologia?

Neste outro vídeo podemos ver como seria o funcionamento do olho (o vídeo é da EAPEX e não pertence ao robô acima)

Você pode continuar a leitura em:

Suprimatec – Materiais futuristas que podem fazer os robôs se sentirem mais humanos

Ras Labs

NASA

PRADO, A. R. Músculos artificiais baseados em polímeros eletroativos aplicados à robótica de reabilitação. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica). Universidade Federal do Espírito Santo, Espirito Santo. 2008.

Scientific American

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25 de setembro de 2015

Dois tipos de asfaltos autorreparáveis!

A maior parte do fluxo de pessoas e de cargas no Brasil se dá pelas vias rodoviárias, com isso nós temos problemas bem grandes com a manutenção dos asfaltos. Já surgiram várias ideias de como melhorar vias utilizando materiais recicláveis como pneus, que melhoraram a performance do asfalto em relação ao convencional. Entretanto, por mais que o material possua uma resistência à erosão maior, algum dia irá ocorrer o desgaste de qualquer forma. Por isso surgiram pesquisas que buscam um asfalto que se autorregenere e hoje iremos falar sobre dois asfaltos desse tipo.

Asfalto autorreparável quando submetido ao calor

Erik Schlangen criou um material bem poroso que possui várias outras propriedades interessantes além do autorreparo, por exemplo ele reduz a poluição sonora emitida e também absorve a água que ficaria acumulada na pista, que o torna muito mais seguro do que os convencionais. No asfalto poroso as pedras são ligadas entre si apenas por um fino ligante, o betume. Esta ligação torna-se mais fraca à medida que ocorre o desgaste da pista, o que aumenta as tensões no asfalto e faz com que surjam micro-trincas, que em seguida começam a quebrar parte das pedras. Assim, quando um automóvel passar pela via, estará mais suscetível a arrancar pedaços do asfalto poroso, visto que este foi fragilizado.

Fonte imagem

Para resolver esse problema, Erik adicionou ao betume pequenos pedaços de palha de aço (sim, aquela que utilizamos para lavar a louça) que atuam como fibras no material e também tornam possível seu aquecimento a partir de indução. Assim, o aço é aquecido por efeito Joule e, em seguida, transfere calor ao betume, que fundirá e poderá fluir e tampar as pequenas micro-trincas. Então quando o material é resfriado, ele fica como novo!

A pesquisa ganhou uma rodovia para teste e então após a obra terminar foram coletadas várias amostras para fazer o envelhecimento artificial em laboratório, já que esperar a rodovia se desgastar por si só levaria muito tempo. Ao fazer isso e aquecer com a máquina de indução o material se recompôs e para complementar os estudos os cientistas fizeram isso várias vezes na mesma amostra e em todas as vezes eles tiveram um resultado positivo.

Mas não seria trabalhoso toda vez ter que aquecer o asfalto? Com essa pesquisa eles também descobriram que esse material só vai precisar do tratamento de 4 em 4 anos e como consequência irá economizar muito dinheiro e tempo com a manutenção!

No vídeo abaixo Schlangen fez uma demonstração numa palestra do TED utizando um microondas!

Micro-cápsulas de asfalto autorreparável

Nesse tipo de asfalto foram utilizados os polímeros SBS e o DMP como os agentes de reparação que são encapsulados e misturados com o ligante do asfalto, que no caso de cima é o betume. Então, quando aparece uma micro-trinca perto de uma dessas pequenas cápsulas, elas irão rompê-la e assim o material que estava no interior será misturado com o asfalto, fazendo com que ele se reconstitua.

Esquema de como funciona o asfalto com micro-cápsulas

Os testes que foram realizados com esse material demonstraram primeiramente 85% de eficiência, já nos últimos ela foi de 95%!

Essas inovações poderiam fazer grandes diferenças no nosso cotidiano, não é mesmo?

Em outro post nós escrevemos sobre materiais autorreparáveis e os tipos de mecanismos existentes, você pode reler aqui!

Fonte:

Chung K.; Lee S.; Park M.; Yoo P.; Hong Y. Preparation and characterization of microcapsule-containing self-healing asphalt. Journal of Industrial and Engineering Chemistry 29 (2015) 330–337.

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18 de setembro de 2015

7 materiais futuristas que já existem!

Sabe aqueles materiais que são típicos de ficção científica? Pois é, a engenharia de materiais os torna realidade. Selecionamos 7 materiais que parecem não existir, mas já estão ou logo estarão presentes nas nossas vidas.

Aerogel

Em 1931 já se falava desse grupo de materiais, mas foi apenas há 25 anos que realmente os cientistas começaram a se interessar por eles. O aerogel é uma espuma geralmente feita de géis de alumina e que 99,8% do seu volume consiste em espaços aparentemente vazios, que na verdade são preenchidos por ar.

Umas das características mais interessantes desse material é que ele aguenta uma carga de compressão que pode ser igual até 4 mil vezes o seu próprio peso e além disso é um ótimo isolante térmico. Na foto abaixo, por exemplo, o aerogel separa a flor de uma chama que pode chegar a 1100 graus celsius, incrível não?

Aerogel utilizado como isolante térmico. Fonte imagem

Assim, a aplicação desse material varia muito e vai desde a sua utilização em missões espaciais até na utilização de limpeza de manchas de óleos em oceanos.

Nanotubos de carbono

Os nanotubos de carbono são basicamente folhas de grafeno (que já falamos dele aqui e aqui!) enroladas que formam uma peça cilíndrica com diâmetro de aproximadamente 1 nm. Assim, dependendo da forma com que estão enrolados e então da forma que os átomos de carbono estão dispostos, o material pode ser condutor ou semicondutor. Vale relembrar que é um material 200 vezes mais resistente que o aço e é até 1000 vezes mais eficaz no transporte de energia ao ser comparado com os fios de cobre. As aplicações mais desejáveis para esses materiais é na produção de nano-processadores e na transmissão eficiente de energia.

Espumas metálicas

Fonte imagem

Essas espumas são formadas quando por exemplo é adicionado ao alumínio fundido um agente formador de poros, que é um pó de TiH2, mas podem ser feitos de outros tipos de materiais também. O volume dos poros nesse material está em torno de 75-95%, ou seja, é um material muito leve e pouco condutor, mas é muito resistente. Esses materiais podem ser utilizados para diminuir o peso e absorver o impacto em carros, também são utilizados em dispositivos médicos e em filtros

Metamateriais

Fonte imagem

Os metamateriais são aqueles que possuem propriedades não encontradas na natureza, ou seja, apenas podem ser produzidos artificialmente e elas dependem muito da estrutura dele e não tanto da sua composição química. Através de pesquisas já foram desenvolvidos materiais com índice de refração negativo, uma cerâmica que após ser comprimida em 50% volta ao seu estado inicial e até mantos de invisibilidade eletromagnética e acústica. Você também pode ler mais no nosso post só sobre metamateriais.

Alumina Transparente

Já imaginou um material 3 vezes mais resistente que o metal, 85% mais dura que a safira e ainda transparente? Esse é o caso dessa alumina, que é uma cerâmica policristalina conhecida também como oxinitrato de alumínio que até já apareceu em um dos filmes antigos do Star Trek. Ela foi desevolvida primeiramente pelos Estados Unidos com o intuito de ser utilizada como janelas em veículos blindados. Existem rumores que a Microsoft utilizaria na confecção de smartwatch, por ser muito mais resistente que o Gorilla Glass. Os grandes desafios do desenvolvimento desse material é evitar microporos, ter um maior controle sobre os contornos de grãos e minimizar o número de impurezas.

E-textiles

Fonte imagem

Não é nenhuma novidade que os wearables estão em alta, mas ainda não estamos acostumados a ver tecidos eletrônicos. Eles simplesmente são tecidos com componentes eletrônicos, que além de serem utilizados para fins estéticos, poderão auxiliar na regulagem de temperatura do corpo, reduzir a resistência ao ar ou até mesmo controlar a vibração muscular. Assim, ajudará muito na performance de atletas e pode ser utilizada também para fins militares. Além disso poderá proteger nosso corpo contra radiação e até mesmo dos efeitos das viagens espaciais.

Liquid metals

São os famosos metais amorfos, que são chamados dessa maneira não por estarem líquidos em temperatura ambiente, mas sim pela forma que as suas moléculas se comportam. Esse material possui também inúmeras propriedades como por exemplo, ele é 2,5x mais resistente do que o titânio; tem dureza 1,5x maior do que um aço inoxidável; é 2-3 vezes mais resistente à deformações plásticas do que um aço comum; não é corrosivo; possui alta condutividade térmica e elétrica. O vídeo abaixo mostra quão mais elástico ele é comparado com metais comuns.

E você, quais materiais adicionaria nessa lista?

Você pode ler mais sobre eles nas fontes utilizadas:

Forbes – Tecido inteligente

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11 de setembro de 2015

Como as bijuterias podem afetar sua saúde?

Um dos mercados mais promissores para esse ano segundo o SEBRAE é o ramo de jóias e bijuterias. Isso pode ser comprovado ao andar no centro de qualquer cidade ao ver inúmeras lojas que oferecem um preço bem baixo para adquirir bijuterias, como anéis, pulseiras e colares. A diferença de preço entre uma joalheria e uma loja dessas consiste basicamente no tipo de material que é utilizado para fazer as peças.

As jóias certificadas são feitas de ligas de ouro com prata, níquel, zinco e paládio. Quando é dito que é ouro 18 quilates, estamos dizendo que a cada 24 gramas de material, 18 são de ouro, ou seja, 75% da peça. E a cotação da grama de ouro está em torno de R$138,00.

Nas famosas “bijus” o metal base utilizado pode ser latão, peltre (liga de estanho, antimônio, cobre e chumbo) alumínio ou outras ligas com zinco, por exemplo. E geralmente é realizado um recobrimento eletrolítico, conhecido popularmente como banho ou folheação, utilizando metais mais nobres como o ouro e a prata.

Fonte imagem

Porém o grande problema dessas peças é que para ter um preço tão mais baixo que as outras são utilizados metais como o cádmio e o chumbo, que são utilizados por serem bem maleáveis e brilhantes. A tonelada de uma liga de zinco com pouquíssima concentração desses metais custa em média 4 dólares, porém se ela possuir alta concentração o seu preço cairá para a metade.

Mas qual o real problema de utilizar o cádmio e o chumbo?

Esses materiais são altamente tóxicos e podem ajudar no desenvolvimento de câncer de mama, problemas cardiovasculares e pulmonares, além de fazerem com que os rins parem de funcionar, prejudicarem o desenvolvimento do cérebro de crianças e também fazerem com que os nossos ossos percam densidade, tornando-os mais susceptíveis à fratura.

A toxicidade é proveniente da maior reatividade em reações bioquímicas, substituindo outros materiais como zinco, cálcio e ferro. Por exemplo, há a interferência do metal nas proteínas que fazem com que certos genes desliguem ou liguem, deslocando outros metais na molécula. Então a forma da proteína é alterada de modo que ela não vai desempenhar a sua função.

No Brasil não há ainda nenhum órgão que regule a composição química desses produtos, porém o Inmetro já se posicionou e disse que irá regular o uso dessas substâncias químicas, que segundo as normas norte americanas e européias deve ser menor que 0,1%. Na pesquisa realizada pelo Inmetro em 10 peças mostrou-se que em 40% delas havia mais de 90% de cádmio, de chumbo ou dos dois metais juntos.

Mas como há o banho de metais que podem ser utilizados não tem problema nenhum, certo? Errado, geralmente esse folheamentos são de baixíssima qualidade e como o nosso suor é ácido ele decompõe o metal, que migra para o nosso corpo. E no final de sua vida útil, esses metais pesados vão para os lixões e contaminam o solo e as águas subterrâneas, podendo retornar ao nosso metabolismo.

Ninguém imaginava que uma bijuteria de 5 reais poderia trazer tanto problema, né?

O engenheiro de materiais pode auxiliar no desenvolvimento de novas ligas e também na otimização do processo de jóias e bijuterias para fazer com que haja uma redução do custo (sem comprometer a vida de ninguém) e ainda alterar a estética destes produtos.

Referências:

SEBRAE

Banho de metais

China jewelry makers say toxic-metal cuts costs

Toxicidade do chumbo

G1 – Jóias e bijuterias tem metais pesados até 60 vezes acima do permitido

Pesquisa do Inmetro sobre o Cádmio

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