Categoria: Cerâmicas e vidros

Diamante perde sua posição de material mais duro do mundo

No final do ano de 2015 foi descoberto por um grupo de pesquisadores da North Carolina State University um novo material derivado do carbono, chamado Q-carbono. O material, denominado pelos cientistas como “terceira fase sólida do carbono”, não pode ser encontrado na natureza, exceto talvez no núcleo de alguns planetas, local em que há temperaturas e pressões elevadas.

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Grafite e diamante – as duas outras fases sólidas do carbono.

Por que esta descoberta foi tão importante? Continue reading Diamante perde sua posição de material mais duro do mundo

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O novo coração dos eletrônicos

Todos os anos milhares de novos modelos de eletrônicos são lançados no mercado. Esses novos modelos geralmente são mais potentes, mais leves, menores e bem melhores do que os seus antecessores. Para ocorrer esse desenvolvimento é claro que a engenharia de materiais teria que estar envolvida! Podemos considerar os materiais semicondutores o coração desses aparelhos e é sobre eles que iremos falar hoje. Continue reading O novo coração dos eletrônicos

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Conheça as revolucionárias baterias de Li-O2

Um dos maiores entraves para o avanço tecnológico atualmente é a dificuldade de desenvolver baterias capazes de suprir a necessidade dos produtos e equipamentos por um período grande de tempo. Quando pensamos por exemplo nos telefones celulares, observamos que as baterias não vêm acompanhando o ritmo de desenvolvimento tecnológico destes produtos. Antes do surgimento dos smartphones, deparávamo-nos com celulares que não tinham muitas funcionalidades, mas que se mantinham carregados por quase uma semana inteira. Pensando nos celulares atuais e comparando com aqueles modelos antigos, podemos notar que houve um desenvolvimento tecnológico imenso, exponencial. Já no que diz respeito às baterias.. claro que foram aprimoradas também, mas é notável que não puderam acompanhar essa nova tecnologia à altura. Em outras palavras, a bateria atual do celular funcionaria muito bem para os modelos antigos, mas deixa a desejar nos modelos atuais e pode inclusive restringir o desenvolvimento de produtos que poderiam ter uma performance ainda maior. Continue reading Conheça as revolucionárias baterias de Li-O2

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#3 Conversa com engenheiro: Elisângela Guzi (UFSC)

Dando continuidade ao quadro Conversa com engenheiro, entrevistaremos hoje a pesquisadora Elisângela Guzi de Moraes.

Biografia: Elisângela possui graduação em Matemática (2000) e em Engenharia de Materiais (2008), mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais (2010) pela Universidade Federal de Santa Catarina e doutorado em Engenharia de Materiais pela Università Degli Studi di Padova – Itália (2015), onde participou do Projeto Marie Curie ITN 7th Framework Programme – FUNEA – Functional Nitrides for Energy Applications. Tem experiência na área de Engenharia de Materiais, com ênfase em materiais cerâmicos, atuando principalmente no desenvolvimento de novos processos (direct foaming, emulsificação e gelcasting de biopolímeros) e na caracterização de materiais cerâmicos porosos a base de Si3N4, Ti2AlC, SiC, ZrB2, Al2O3 e vitrocerâmicas; em processos de sinterização por SPS (Spark plasma Sintering) e nitretação em materiais cerâmicos particulados; e no desenvolvimento de espumas metálicas a base de Titânio. Atualmente integra a equipe do Laboratório Vitrocer, no qual está desenvolvendo estágio de Pós-doutorado para desenvolvimento de queimadores porosos a base de mulita.

Elisângela

Contato: [email protected]

Currículo Lattes

1. Você possui especialidade em materiais celulares. Quais as maiores vantagens e desafios em trabalhar com estes materiais? Continue reading #3 Conversa com engenheiro: Elisângela Guzi (UFSC)

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Ferramentas de diamante com cBN

Na última semana mostramos diversas propriedades interessantes que o diamante possui como material de engenharia. Não é de se surpreender que este material, que apresenta a maior dureza dentre os materiais conhecidos, seja utilizado como matéria prima para ferramentas de usinagem. No entanto, além do preço elevado, o diamante apresenta outro problema, a baixa inércia química ao realizar a usinagem de peças de aço e ferro fundido.  Como os processos de usinagem provocam um aumento da temperatura na região de contato entre ferramenta e peça, o diamante sofre um desgaste químico, uma grafitização catalisada por metais como ferro e níquel, o que explica a reatividade desta ferramenta frente a metais ferrosos. Considerando a importância desses metais para a indústria, principalmente o aço, pode-se dizer que este é um grande empecilho para a utilização de diamante como ferramenta. No entanto, os ferros fundidos apresentam em geral uma baixa usinabilidade, assim como alguns tipos de aço, necessitando de ferramentas de elevado desempenho, elevada dureza.  Dessa maneira, apesar de não ser tão adequado, o diamante ainda é bastante utilizado para a usinagem desses materiais.

Outro material de elevada dureza comumente utilizado para a fabricação de ferramentas é o nitreto cúbico de boro (cBN). Diferentemente do diamante, este material é inerte quimicamente ao ferro, entretanto, sua dureza é cerca de 4x menor. Por esta razão, as ferramentas de cBN apresentam curto tempo de vida não pelo desgaste químico, mas sim por serem mais propensas a se destruir mecanicamente no contato com o material da peça a ser usinada. Essa destruição mecânica é a única razão que impede hoje que o diamante seja completamente substituído pelo cBN.

Considerando as características complementares desses materiais e a utilização consolidada de ambos como matéria prima para ferramentas, cientistas tiveram a ideia de misturá-los. Apesar de os materiais apresentarem afinidade química, já que ambos possuem ligações covalentes e afinidade quanto a suas redes atômicas,  “a ideia nunca havia sido demonstrada na prática porque as amostras obtidas em estudos anteriores eram pequenas demais para que se pudesse testar seu desempenho prático”, diz o professor Duanwei He.

No entanto, em junho deste ano (2015), o cientista russo Pavel Loginov e seus colegas conseguiram produzir e testar um compósito contendo partículas de diamante e de cBN. Para isso, os autores misturaram diamante monocristalino em pó e nitreto cúbico de boro, também em pó, mostrados na Figura abaixo.

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Diamante monocristalino e nitreto cúbico de boro em pó. Adaptado de Loginov et al (2015).

Para unir estes dois pós, foi utilizado um ligante de composição 35%Cu – 17%Fe– 18%Co – 30%Ni. O próximo passo foi definir qual proporção de diamante e cBN confereria à ferramenta o melhor desempenho.  Para isso, foi feito um lote piloto de ferramentas , verificando que a falha das mesmas após a usinagem ocorria por dois mecanismos: O primeiro deles é a grafitização do diamante, provocando desgaste químico e arredondamento do grão, que devido à mudança de formato torna-se facilmente arrancável do ligante, podendo sofrer pull out. O outro, diz respeito ao cBN, que não possui nenhum problema de adesão ao ligante ao longo da usinagem, no entanto é rapidamente danificado mecanicamente. Através da medição da perda de massa sofrida por cada ferramenta, representando o desgaste da mesma, foi observado que a proporção de 3 diamante : 1 cBN é a que possui melhor desempenho, 20% superior a ferramentas contendo apenas diamante e 2x melhor do que ferramentas de cBN.

Visando uma melhora ainda maior da ferramenta, foi adicionado nitreto hexagonal de boro (hBN) como nanorreforço ao ligante. Este material foi escolhido por ser quimicamente inerte com o diamante e com o ferro e também por se comportar como lubrificante sólido a elevadas temperaturas. Como resultado, além de aumentar a dureza do ligante, há a formação de um filme fino sobre os grãos de diamante, reduzindo seu contato direto com o ferro e protegendo-o, portanto, da grafitização. Assim, ferramentas contendo hBN apresentaram-se ainda melhores, sendo 80% mais eficientes do que as ferramentas produzidas sem o hBN.

Referências:

LOGINOV, P. et al. Diamond and cBN hybrid and nanomodified cutting tools with enhanced performance: Development, testing and modelling.Materials & Design, v. 88, p. 310-319, 2015.

Half Diamond, Half Cubic Boron, All Cutting Business – John Arnst

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O aerogel, as suas caraterísticas e a sua diversidade

Aqui no blog já falamos sobre materiais que parecem típicos de filmes de ficção científica (aqui) e um dos mencionados foi o aerogel. Na realidade, esse material não tem nada de futurista, pois existe desde 1930 quando Steven Kistler substituiu a água presente em uma gelatina por um gás.

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2 gramas de aerogel podem aguentar 2,5 kg. Imagem: NASA Continue reading O aerogel, as suas caraterísticas e a sua diversidade

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Vitrocerâmica brasileira pode substituir as telas dos smartphones

Tenho certeza que pelo menos uns 30% das pessoas que possuem um smartphone já conseguiram a proeza de quebrar a tela. Mesmo o Gorilla Glass (falamos sobre ele aqui) não é páreo para nós. Então a pesquisa com materiais que podem substitui-lo e aumentar o desempenho (ou proteção) dos nossos aparelhos eletrônicos, é muito importante.

Na UFSCar, o doutorando Leonardo Sant’Ana Gallo pesquisou vitrocerâmicas do sistema MgO-Al2O3-SiO2. Assim, através das propriedades descobertas (alta dureza, transparência e baixas densidades) foi possível prever umas das suas possíveis aplicações: telas de aparelhos eletrônicos, como tablets e smartphones, e até mesmo ser utilizada em veículos blindados! Esse material promoveria uma diminuição do peso, seja nos eletrônicos, quanto na aplicação anti-balística.

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Fonte imagem

O processo de produção de uma vitrocerâmica consiste na transformação  de um estado não-cristalino (amorfo) do vidro para um estado parcialmente cristalizado através de um tratamento térmico, esse processo geralmente é conhecido como devitrificação. O detalhe é que junto com a composição química do vidro, é necessário um agente nucleante para induzir o processo de cristalização. No trabalho realizado por Gallo, o material foi submetido à um tratamento térmico nas temperaturas de 700°C e outro à 900°C. Edgar Dutra Zanotto, orientador de Gallo, detalhou numa entrevista à Agência FAPESP como ocorre esse processo: “Quando o material é aquecido, sua estrutura molecular começa a se reorganizar, formando pequenos cristais distribuídos pelo meio amorfo. No caso em estudo, são cristais compostos – de magnésio, alumínio e silício –, como a cordierita, a safirina e outros. Suas características são definidas por três variáveis: composição química do vidro, temperaturas de tratamento e tempo de exposição a essas temperaturas. É possível controlar rigorosamente todas as etapas do processo, determinando, inclusive, o percentual do material a ser cristalizado para a obtenção do produto final de interesse”.

Após o tratamento térmico, devido à cristalização, o material pode se tornar totalmente opaco, mas em alguns casos podem continuar totalmente transparentes, o que não é comum e nem fácil de obter. Então essa é mais uma característica bem importante para a aplicação em telas de smartphones e tablets.

São essas fases cristalinas que promovem uma melhoria nas suas propriedades, como por exemplo na resistência mecânica. Esse material pode até absorver totalmente a energia de um projétil, não deixando ele passar, mas claro que irá ocorrer o rompimento do mesmo.

Outra característica chamativa das vitrocerâmicas é a facilidade com que esse material pode ser produzido, pois podem ser utilizadas as técnicas convencionais de conformação de materiais vítreos. E algumas das suas aplicações comuns são em peças refratárias para se utilizar em fornos e como revestimentos em trabalhos de arquitetura.

Essa pesquisa realizada com esse sistema MgO-Al2O3-SiO2 é tão importante que foi premiada no International Symposium on Crystallization in Glasses and Liquids (11o Simpósio Internacional sobre Cristalização em Vidros e Líquidos), no Japão. Esse simpósio é considerado um dos mais importantes e tradicionais nessa área.

No Japão no Instituto Industrial da Universidade de Tóquio foi realizada uma pesquisa que produziu um vidro com aplicações muito similares à vitrocerâmica brasileira. Um vidro tão resistente e tão forte quanto o aço foi criado e poderá ser utilizado em vidros de carros, edifícios e também em smartphones. O segredo desse material é a quantidade de alumina presente na composição, porém quanto maior a concentração dessa substância, mais o vidro tende a se cristalizar e se transformar em uma vitrocerâmica. Para resolver esse problema, os cientistas utilizaram uma técnica de levitação para evitar qualquer tipo de contato do material fundido com a forma, assim evitando a cristalização. O resultado obtido foi um vidro totalmente transparente que possui 50% de sílica na sua composição.

Já pensou em quantas aplicações esses materiais podem ter?

Referências:

FAPESP

Vidro Inquebrável tão forte quanto o aço

CALLISTER, W.D. Ciência e Engenharia de materiais: Uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 7ª ed. 2008;

*Nota de agradecimento: Ao nosso amigo e leitor, Diego Barboza, que nos enviou a reportagem sobre o vidro japonês.

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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?

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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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Materiais dielétricos

Isolantes elétricos, ou dielétricos, são materiais que apresentam condutividades elétricas pequenas, da ordem de 10-10 a 10-20 S/m. Devido a essa característica, essa classe de materiais é utilizada no confinamento de energia elétrica, seja para fins de segurança (isolamento elétrico de equipamentos e estruturas) ou de armazenamento energético (aumento da capacitância em capacitores). Os materiais isolantes normalmente são polímeros, cerâmicas, vidros ou madeiras.

Isolantes para fins de segurança / proteção de equipamentos:

Estes materiais têm grande importância para a proteção de pessoas e equipamentos. Um exemplo é o revestimento de fios de eletricidade, o qual permite que as pessoas possam tocar nestes fios sem que sofram choques. Quanto à proteção de equipamentos, um exemplo é a utilização de vernizes e filmes poliméricos isolantes nas bobinas de motores elétricos, fazendo com que haja um bom isolamento entre os fios das bobinas e evitem-se curtos-circuitos, os quais podem ocasionar a queima do motor.

De acordo com as temperaturas máximas de trabalho de determinado equipamento, é necessária a utilização de diferentes tipos de material isolante. Isso ocorre porque os dielétricos são divididos em classes térmicas, de acordo com as temperaturas máximas que podem suportar sem perder sua confiabilidade.

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Classes térmicas de materiais isolantes – Fonte: Apostila de Materiais Elétricos – LaMat

Isolantes para armazenamento energético:

Os isolantes elétricos podem ser utilizados no interior de capacitores, que são componentes capazes de armazenar energia elétrica na forma de campo elétrico. Grande parte dos capacitores é fabricado através do enrolamento de dois filmes poliméricos metalizados, os quais são justapostos e desfasados entre si, formando uma bobina semelhante à mostrada na figura abaixo. Comumente são utilizados polipropileno como dielétrico e liga AgZnAl como revestimento metálico.

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Armaduras e dielétrico de um capacitor organizados na forma de bobina

A bobina será então colocada no interior da caneca do capacitor, região deste componente que ficará exposta ao ambiente, e em seguida será isolada do meio externo através do preenchimento da caneca com resina, conforme mostra a figura:

Capacitor

Interior de um capacitor

O aumento da capacitância de capacitores que contêm dielétricos ocorre devido à polarização destes isolantes quando submetidos a um campo elétrico, o que ocorre basicamente por três mecanismos:

Deslocamento espacial da nuvem de elétrons: Os elétrons são partículas carregadas negativamente, de forma que são atraídas para a região de maior potencial de um campo elétrico. Assim, os elétrons rearranjam-se em torno do átomo de modo a ficar mais próximos o possível da região positiva.

Movimentação iônica: Quando materiais iônicos são submetidos a um campo elétrico, seus íons rearranjam-se de maneira que os cátions fiquem mais próximos à região de menor potencial e os ânions à de maior potencial.

Orientação de dipolos: Há materiais que são constituídos por moléculas polarizadas, como a da água. Essas moléculas são denominadas dipolos permanentes e podem ser orientadas de modo similar ao que ocorre na polarização iônica.

Em todos os casos de polarização mencionados, ocorre uma orientação das cargas de modo a produzir um campo elétrico em sentido oposto e menor intensidade ao que deu origem à polarização, culminando em um campo elétrico resultante de menor módulo sobre o capacitor. Sabendo que o campo elétrico é diretamente proporcional à diferença de potencial, verifica-se que ao adicionar um dielétrico a um capacitor que possuía vácuo entre suas armaduras haverá uma diminuição da tensão sobre o componente. Como a capacitância é dada pela equação C= Q/V , onde Q é a carga armazenada, a qual não foi alterada com a adição do dielétrico, verifica-se que uma diminuição na tensão (V) sobre o capacitor culmina em um aumento de sua capacitância. Por consequência, é possível construir capacitores menores mantendo o mesmo valor de capacitância,o que permite a redução dimensional destes componentes.

Perda da capacidade de isolamento:

Os materiais dielétricos podem perder suas propriedades de isolamento de eletricidade. Para entender melhor como isto pode ocorrer, é necessário saber primeiro o porquê destes materiais apresentarem tais características. Os materiais isolantes possuem normalmente ligações iônicas ou covalentes fortes entre seus átomos. Sendo assim, os elétrons são fortemente atraídos pelos cátions, no caso das ligações iônicas, ou pelos átomos que o compartilham, no caso das ligações covalentes. A força das ligações torna necessária grande quantidade de energia para que o elétron possa se movimentar, fazendo com que em condições normais poucos elétrons estejam disponíveis para conduzir a eletricidade. Na medida em que é fornecida energia para os elétrons, que pode ser por meio do aumento da tensão aplicada, por exemplo, estas partículas vão adquirindo energia até que possam ser tornar elétrons livres. Quando o isolante recebe essa grande quantidade de energia, torna-se condutor e os elétrons libertados passam a se mover juntos, podendo queimar, fundir ou vaporizar uma região localizada do material e provocar nele danos irreversíveis.

Uma forma de observar este fenômeno e mensurar as tensões máximas a que um material pode ser submetido sem que perca suas propriedades de isolamento é por meio do teste de tensão disruptiva. Este teste consiste em aplicar tensões crescentes sobre o isolante até que ocorra falha deste material. A tensão responsável pela falha é definida como a tensão disruptiva do material. Dividindo esta tensão pela espessura do material, tem-se a rigidez dielétrica do mesmo, isto é, o máximo valor de campo elétrico suportado pelo material sem que passe a conduzir corrente elétrica. No vídeo mostrado abaixo, podemos ver a quebra de rigidez dielétrica de um vidro, procedimento que culmina em sua ruptura.

Referências:

Apostila de Materiais Elétricos: Capítulo 18 – Materiais Dielétricos. p. 501-556. Laboratório de Materiais (LaMat). Universidade Estadual do Oeste do Paraná;

CALLISTER, W.D. Ciência e Engenharia de materiais: Uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 7ª ed. 2008;

DA SILVA, M. A. Capacitores;

RODRIGUES, C. R. Materiais Elétricos e Eletrônicos: Unidade 4 – Materiais Isolantes e suas Propriedades. p. 1-40;

Epcos. Capacitores para Aplicação AC, 24f.;

ROLIM, J. Materiais Elétricos: Capítulo IV – Materiais Isolantes. p. 71-78.

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Vidros calcogenetos

Os vidros apresentam grandes aplicações nas áreas de construção civil, aeroespacial, produção de lentes, decoração,  utensílios domésticos, biomateriais, sensores, telecomunicação, etc. Em outras palavras, estes materiais são aplicados nos mais diferentes campos da atividade humana, de maneira que precisam ser constantemente desenvolvidos de acordo com as necessidades tecnológicas. Os vidros mais comuns pertencem às famílias de silicatos, borossilicatos, boratos e germanatos. No entanto, vidros de diferentes composições vêm se destacando cada vez mais, como por exemplo os vidros calcogenetos, foco da publicação de hoje. Esta classe de vidros apresenta em sua composição um ou mais ânions da família dos calcogênios (6A), como o enxofre, o telúrio ou o selênio, junto a um cátion mais eletropositivo, geralmente arsênio ou germânio. As composições mais comuns são mostradas na Tabela 1.  O oxigênio, apesar de localizar-se também na família 6A, não é considerado um formador de vidro calcogeneto.

Tabela 1: Composições e nomes comerciais de vidros calcogenetos comuns. Adaptado de HEWAK, BRADY & CURRY, 2010.

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Vidros calcogenetos têm se tornado interessantes industrialmente devido à capacidade que apresentam de se comunicarem tanto com fótons quanto com elétrons, isto é, podem ser aplicados tanto na fotônica quanto na eletrônica.

Quanto às interações com os fótons, os vidros calcogenetos podem sofrer alguns fenômenos que serão explicados resumidamente:

Fotocristalização: O efeito térmico gerado por irradiação óptica pode provocar cristalização de filmes de calcogenetos com baixa temperatura de transição vítrea. Para reverter este fenômeno, é necessário reaquecer o vidro até a fusão e resfriá-lo rapidamente.

Fotodissolução de metais: Se uma camada metálica estiver em contato com o vidro, esta pode ser dissolvida por ele através da aplicação de fótons de energia próxima à da energia de GAP do calcogeneto.

Fotopolimerização: A aplicação de fótons pode levar à combinação entre moléculas em alguns calcogenetos, criando espécies de polímeros no interior do material.  O caso mais estudado é do AsS3, que forma polímeros de As4S4. O efeito também pode ser conseguido com o aumento da temperatura do material.

Fotocompactação: Foi detectada em Ga-La-S iluminado por radiação ultravioleta. Este fenômeno envolve uma densificação do material acompanhada de alteração da composição química e índice de refração na região modificada.

Fotocontração: É semelhante à fotocompactação, no entanto é reversível por recozimento térmico e é observada em um número maior de calcogenetos.

Fotoescurecimento ou fotobranqueamento: Após a irradiação de fótons, pode ocorrer uma alteração estrutural no retículo do vidro que altera sua absorção óptica. Se esta absorção for aumentada, ocorre o fotoescurecimento, mostrado na Figura 1. Caso a absorção óptica seja diminuída, ocorre fotobranqueamento (mais conhecido pelo termo em  inglês photobleaching).

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Figura 1: Fotoescurecimento em Ga-La-S  após a exposição a um laser de comprimento de onda de 532 nm. Fonte:  HEWAK, BRADY & CURRY, 2010.

Anisotropia fotoinduzida: Anisotropia é a variação de determinada propriedade de acordo com a direção em que é analisada no material. No caso dos vidros calcogenetos, pode ocorrer birrefringência após a aplicação de luz polarizada. Em outras palavras, estes materiais apresentarão dois índices de refração distintos, o que ocasionará a visualização de duas cores distintas (dicroísmo).

Quanto às características eletrônicas, os vidros calcogenetos podem ser considerados semicondutores (mais informações sobre semicondutividade podem ser encontradas aqui). Estes vidros apresentam energia de GAP de 1 a 3 eV que diminui à medida que percorre-se a família 6A no sentido de cima para baixo, isto é,  Egap S > Egap Se > Egap Te. Assim, nota-se um aumento do caráter metálico à medida que a tabela  é percorrida neste sentido. A semicondutividade nestes materiais é geralmente do tipo p, ou seja, há uma predominância de lacunas em relação ao número de elétrons.  Pequenas exceções são os vidros Bi-Ge-Se, Pb-Ge-Se e Pb-In-Se, que podem ser semicondutores do tipo n (predominância de elétrons). A Figura 2 mostra o posicionamento dos vidros calcogenetos em relação a outros semicondutores, comparando suas mobilidades eletrônicas. Quanto maior esta for, mais rápida será a resposta do material.

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Figura 2: Caracterização de vidros calcogenetos como semicondutores, em relação a demais materiais desta classe. Fonte: MEHTA et al., ANO

Considerando tudo o que foi visto sobre os vidros calcogenetos e sabendo que estes são fáceis de produzir, pouco sensíveis a impurezas e baratos, podemos inferir que estes possuirão um leque muito amplo de aplicações. De fato, estes vidros podem ser utilizados nas áreas civil, militar, médica, aeroespacial e em produtos como interruptores elétricos, sistemas fotorresistentes e holográficos, sensores ópticos, instrumentos para medir ondas eletromagnéticas, lentes, grades ópticas, multiplexadores, filtros ópticos, cabeças de impressão, eletrólitos para baterias de estado sólido, dispositivos para detecção de poluentes, fibras ópticas especiais e muito mais. A aplicação mais promissora, no entanto, é a de lentes ópticas para transmissão de ondas de infravermelho, visto que os vidros calcogenetos são transparentes a este tipo de radiação.

Fontes:

Modernas aplicações de vidros – Oswaldo Alves;

HEWAK, Daniel W.; BRADY, D.; CURRY, R. J. Chalcogenide glasses for photonics device applications. GS Murugan, ed.(Research Signpost, Kerala, India, 2010) Chap, v. 2, 2010.

MEHTA, N. Applications of chalcogenide glasses in electronics and optoelectronics: A review. Journal of Scientific and Industrial Research, v. 65, n. 10, p. 777, 2006.

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