Rugosidade de uma superfície

Você sabia que por mais planas e polidas que duas superfícies pareçam ser, elas não estarão 100% em contato se colocadas uma contra a outra? Isso acontece porque na realidade a superfície de um material é composta por diversos picos e vales, que constituem o que é conhecido como rugosidade. Assim, quando encostadas, apenas pequenas áreas das superfícies estão de fato em contato umas com as outras (área de contato real), o que é muito menor do que a área que imaginamos estar em contato observando os materiais a olho nu (área de contato aparente).

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Figura mostrando a área de contato aparente entre duas peças planas (direita) e uma aproximação da região de interface entre as mesmas (esquerda), evidenciando a área de contato real.

Uma superfície é na realidade composta por três componentes: forma, ondulação Continue reading Rugosidade de uma superfície

Compósito que varia rigidez com a temperatura

No post de hoje falaremos sobre um compósito capaz de mudar sua rigidez de forma extrema com a variação de temperatura. Trata-se de uma pesquisa da École polytechnique fédérale de Lausanne, publicada recentemente, que conseguiu desenvolver o material de uma forma simples e ao mesmo tempo genial.

O compósito tem o formato de um tubo e é bastante rígido à temperatura ambiente. No entanto, ao aplicar sobre o material uma voltagem, ele torna-se flexível em menos de 10 segundos. O segredo por trás dessa versatilidade encontra-se na forma com o que material foi projetado. Continue reading Compósito que varia rigidez com a temperatura

Você sabe o que são materiais auxéticos?

Os materiais auxéticos são aqueles que possuem uma compressibilidade negativa, ou seja, eles possuem um coeficiente de poisson negativo. Isso significa que eles têm o seu volume aumentado quando for aplicada uma força de compressão.

Anteriormente, assumia-se que o coeficiente de poisson, que é a medida de deformação transversal de um material, não poderia ser alterada e que a maioria apresentava um coeficiente positivo entre +0,22 e +0,33. Porém nos últimos anos foi descoberto que sim, um material pode ter um coeficiente negativo e isso é possível quando se altera a estrutura do material e os mecanismos de deformação dele.

Esses materiais podem ser poliméricos, metálicos, compósitos ou cerâmicos e também podem possuir diferentes estruturas entre eles. Exemplos de materiais que demonstram esse comportamento são cristobalita alfa e quartzo alfa, em certas direções e também em certas temperaturas. Um exemplo também de um polímero natural que pode ser auxético é a celulose cristalina, em uma forma definida.

Na Academia Polonesa de Ciências foi descoberto um material chamado amidoborano de sódio [Na(NH2BH3)]. A compressibilidade negativa desse material é maior do que qualquer outro material já estudado (10%) e além disso o comportamento desse materials ocorre de forma brusca. Ademais uma das características que mais chamam atenção do material é que a compressibilidade é de natureza química e não física, ou seja, ocorre o alongamento das ligações químicas entre o nitrogênio e o boro e também entre o nitrogênio e o hidrogênio.

As possíveis aplicações para os materiais auxéticos são colete à prova de balas e implantes ou sondas para abrir vasos sanguíneos. Você conseguiu pensar em mais alguma?

 

Referências:

Colete à prova de balas ativo funcionará como airbag

Materiais auxéticos tornam-se mais grossos quando são esticados

An Introduction to Auxetic Materials: an Interview with Professor Andrew Alderson

Participação brasileira no desenvolvimento de telas biodegradáveis para eletrônicos

O Brasil, segundo dados da Teleco (out/2014), possui mais telefones celulares do que pessoas, apresentando uma proporção de 1,37 aparelhos por habitante. Os usuários de celulares trocam seus aparelhos em média a cada 22 meses, o que totaliza aproximadamente 153 milhões de aparelhos descartados por ano, isso apenas no Brasil. Com base nesses dados, vemos que o desenvolvimento de eletrônicos biodegradáveis é cada vez mais fundamental, e nossos pesquisadores estão ajudando a tornar isso possível: Wendel Alves, Thiago Cipriano (UFABC) e Eudes Fileti (USP) participaram de um grupo de pesquisa que conseguiu desenvolver OLEDs (LEDS orgânicos) de cor azul para as telas.

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É possível soldar metal com cerâmica?

Você já teve problemas em sua casa ou trabalho e precisou “soldar” alguma peça com estanho? Normalmente o processo é feito para soldar fios a alguma outra superfície metálica, como vemos nas figuras abaixo:

Você sabia que esse processo na verdade não se trata de uma soldagem? Para que a soldagem propriamente dita ocorra, é necessário não somente fundir o metal de adição, que é a liga adicionada na junção entre os dois componentes, mas também a superfície dos próprios componentes, denominados de materiais de base. Se pensarmos no exemplo do estanho, as peças seriam o material de base e o estanho, o material de adição. Claro que consideramos aqui apenas as soldagens nas quais o material encontra-se no estado fundido, porque é possível também soldar no estado sólido, como por exemplo na soldagem por difusão ou por fricção, onde não há fusão de nenhum dos materiais e ainda assim denomina-se o processo de soldagem. Mas voltando ao caso onde há fusão dos metais envolvidos, a “solda” de estanho deve na verdade ser chamada de brasagem, processo em que apenas o metal de adição é fundido e preenche a junta de soldagem por capilaridade, eliminando os espaços vazios entre as duas peças e solidificando em seguida. É sobre esse processo que vamos falar hoje, já que ele é um dos únicos que permite a união de materiais de classes diferentes, como metais e cerâmicas.

A brasagem ocorre a temperaturas iguais ou acima da de fusão do material de adição, mas sempre a temperaturas inferiores à fusão do metal base. Para que a união por brasagem seja possível, é necessário que ocorra o molhamento do material de base pela liga adicionada na junta, isto é, que haja afinidade entre estes dois materiais. Para um bom molhamento, é importante que as faces a serem unidas sejam previamente limpas para a remoção de graxa, óxidos e outras impurezas. Normalmente a brasagem é feita por um oxicombustível, utilizando uma liga de cobre como metal de adição e um fluxo adequado para proteger a região soldada de gases do ambiente e melhorar a capilaridade do material e, consequentemente, o preenchimento da junta. No entanto, é possível utilizar também os processos TIG ou arco plasma, sem a necessidade da utilização de fluxos e sem fundir o metal de base e também utilizar diversos outros metais de adição, como ligas com níquel, prata e ouro. O processo de brasagem é interessante na união de metais dissimilares, ou mesmo materiais de classes diferentes, peças pouco espessas e também metais já tratados termicamente, já que sua fusão por um processo de soldagem convencional implicaria numa modificação microestrutural que comprometeria o tratamento realizado.  O foco de hoje será a união de materiais diferentes: metais e cerâmicas.

Uma das dificuldades em se utilizar cerâmicas na indústria é o fato de elas precisarem muitas vezes ser unidas a outras cerâmicas ou materiais metálicos. A soldagem direta de cerâmicas é quase sempre impossível, salvo em materiais como carbeto de silício ou nitreto de silício, que podem ser soldados por feixe de laser. Assim, para ampliar a utilização de cerâmicos, diversas pesquisas foram realizadas a respeito de métodos de junção desses materiais e bons resultados foram obtidos para a brasagem. Observou-se, por exemplo, que ao tentar unir cerâmicas com uma liga de brasagem contendo pequenas quantidades de zircônio, há molhamento do cerâmico pela liga. Isso é excelente, pois antes era necessário fazer um procedimento de metalização da cerâmica para permitir que ela tivesse alguma afinidade com o metal de adição. Após a descoberta, viu-se que esse pré-processo não seria mais necessário, desde que as ligas de brasagem contivessem um elemento “ativador”, o qual normalmente é titânio, mas também pode ser háfnio, nióbio ou zircônio. A função desse elemento ativador é desenvolver a camada metalizada no momento em que ocorre a brasagem, isto é, o elemento reage com o material cerâmico e vai formando fases intermetálicas complexas, as quais revestem a superfície da cerâmica e têm afinidade com o metal de adição, sendo molhadas pelo mesmo. Com isso, é possível unir cerâmicas a elas mesmas, outras cerâmicas, cermets (compósitos de cerâmica com metal) e uma ampla variadade de materiais metálicos. Exemplos de cerâmicas que podem ser brasadas por ligas ativadas são alumina, nitreto de silício, carbeto de boro, nitreto de boro (hexagonal e cúbico), safira, carbeto de silício, zircônia, nitreto de alumínio, diamante, vidros e grafite. Convém destacar que o efeito de ativação na liga de brasagem ocorre apenas a temperaturas superiores a 750°C, dependendo da composição da cerâmica a ser unida. Normalmente os nitretos e carbetos são molhados mais facilmente pelos metais de adição do que as cerâmicas óxidas.  A figura abaixo mostra a junta brasada entre alumina e uma liga de ferro-níquel-cobalto.

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Micrografia de junta brasada de alumina com liga de ferro-níquel-cobalto utilizando liga de prata-cobre-índio ativada com titânio como metal de adição. Fonte: Listemann AG, Liechtenstein / European Association for Brazing and Soldering.

É possível observar que abaixo do material de base cerâmico (1), há uma camada proveniente da reação entre o elemento ativador e a alumina, identificada pelo número 2. Essa camada é molhada pelo metal de adição (3), que por sua vez encontra-se unido ao segundo material de base (4), a liga de ferro-níquel-cobalto.

Além de poder unir materiais de classes diferentes, como vimos, a brasagem é interessante do ponto de vista industrial por provocar um menor empenamento da peça, já que são utilizadas temperaturas mais baixas, também por não interferir muito na microestrutura do material de base, já que o mesmo não é fundido e por ser mais veloz do que os processos de soldagem convencionais. Além disso, o equipamento é simples e de fácil utilização e os metais frágeis, como ferro fundido cinzento, podem ser unidos sem um alto pré-aquecimento. No entanto, o processo também tem suas desvantagens, que são o fato de a resistência do conjunto ser limitada à resistência do metal de adição, assim como a temperatura de serviço, limitada ao ponto de fusão do metal de adição e também a possibilidade de ocorrência de corrosão galvânica na junta brasada.

 

Fontes:

Is it possible to braze ceramics? – European Association for Brazing and Soldering;

Brasagem: Características do processo – Info Solda;

Brasagem – Condor.

Compósitos com matriz metálica (MMC)

Os MMCs, sigla para Metal Matrix Composites, no português compósitos com matriz metálica, geralmente são produzidos com um metal de baixa densidade, como alumínio e magnésio, reforçado com partículas ou fibras cerâmicas. Em comparação com um material sem reforço possui maior resistência e dureza, além de suportar maiores temperaturas de trabalho e possuir maior resistência ao desgaste.

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Biela feita de compósito metálico

A fibra gera um maior reforço do que as partículas, mas é direcional, ou seja, na direção que não tem fibra o material é mais fraco. Já a vantagem das partículas em relação às fibras é que elas são economicamente mais viáveis.

Os MMCs são fabricados a partir do processo de sinterização. Formalmente, sinterização é um tratamento térmico para ligar as partículas umas às outras em uma coerente e sólida estrutura, via eventos de transporte de massa, que em sua maioria ocorre nos níveis atômicos. A força motriz do sistema para ocorrer a sinterização é a diminuição da energia livre do sistema, diminuindo a área de superfície, por formar ligações entre partículas. Dentro desse processo existem inúmeros tipos com características muito diferentes. Podemos separar em dois grandes grupos:

  • Sinterização com fase líquida: Nesse tipo de sinterização utilizada em MMCs, como o nome já diz, terá presente no processo um material em estado líquido, que nesse caso é o metal. Esse processo não é tão simples por causa da dificuldade de molhar a cerâmica de reforço. Normalmente o ângulo de molhamento entre esses dois materiais é por volta de 150 graus e o ideal é que seja mais perto de 0 possível, em alguns casos já considerando 90 graus um bom resultado.  Porém possui inúmeras vantagens, como peças obtidas próximas ao formato final, processo mais rápido de sinterização, menor o custo e menores as temperaturas envolvidas.
  • Sinterização no estado sólido: Nesse caso o pó cerâmico e o metálico são misturados prensados e sinterizados. A prensagem pode ser uniaxial ou isostática. Quando a sinterização ocorre junto com a prensagem isostática, o processo é chamado de Hot Isostatic Pressing (HIP). Também a prensagem isostática pode ser feita a frio e na sinterização pode ser prensado uniaxialmente. Outros exemplos de processos no estado sólido são sinterização à plasma e com microondas.

As aplicações desse tipo de material são diversas, mas hoje está bem focado na indústria automotiva e aeronáutica. Por exemplo, matrizes de alumínio reforçadas com SiC são utilizadas em rotores de freios dos trens alemães ICE. Outro caso é uma matriz de titânio reforçada com TiB, utilizadas no jato F-16.

Lembrou mais alguma aplicação desses compósitos? Não deixe de comentar!

Referências:

Metal Matrix Composites – Introduction

Chawla, Krishan K. Metal Matrix Composites. Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2006.

German, Randall M. “Sintering theory and practice.” Solar-Terrestrial Physics (Solnechno-zemnaya fizika) (1996): 568.

Metal Matrix Composites

 


Agradeço ao meu amigo Georges Lemos que me passou o material sobre MMC.

A madeira transparente

Pense rapidamente em 5 locais ou estruturas onde a madeira pode ser utilizada.

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Pensou?

Algumas ideias comuns são usar madeira para construir uma casa, fazer uma escultura, um estilingue, escadas, brinquedos, lápis ou diversas outras coisas.. Mas fazer células fotovoltaicas, janelas ou qualquer outra coisa transparente? Isso provavelmente é algo inimaginável para você, assim como era pra mim antes desse post.

No entanto, uma descoberta de cientistas suecos do KTH Royal Institute of Technology foi capaz de revolucionar a madeira como conhecemos – e também suas aplicações. Trata-se de um processo para obter madeiras transparentes, como a da fotografia abaixo.

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Madeira transparente. Créditos: KTH Royal Institute of Technology.

Para obter a transparência, é necessário primeiramente remover quimicamente a lignina das paredes celulares da madeira, um polímero estrutural que bloqueia cerca de 80 a 95% da passagem de luz. Com isso, obtém-se uma madeira branca, porém ainda não transparente. Isso ocorre porque ainda há uma grande dispersão de luz quando esta passa pelo material, problema que precisa ser resolvido em uma segunda etapa. Para diminuir a dispersão, todos os poros são impregnados com poli(metilacrilato de metila), um polímero transparente e com excelentes propriedades óticas, também conhecido como acrílico. Através dessa etapa, é possível combinar as propriedades óticas de ambos os materiais e fazer com que a luz transite através material de uma forma mais direta, sem tantos obstáculos, obtendo assim transparência. As grandes vantagens em utilizar o material desenvolvido no lugar de outros materiais transparentes é o fato de as boas propriedades mecânicas, baixa densidade e baixa condutividade térmica da madeira serem mantidas e de parte do material ser oriundo de recursos renováveis, além do baixo custo de obtenção. Ainda que a imagem observada através do material obtido não seja tão nítida e bela quanto aquela observada através de um vidro, a pequena nebulosidade observada faz com que o material tenha um grande potencial para a aplicação em células fotovoltaicas: o fato de o material prender um pouco da luz que passa através de si pode ser usado para aumentar a eficiência dessas fontes de energia elétrica. Além disso, o baixo custo do material poderia ajudar a baratear essa tecnologia e popularizar a energia solar, que hoje não é tão difundida como poderia devido a seu elevado custo.

Outras aplicações para o material desenvolvido poderiam ser janelas, em substituição ao vidro, decorações diversas ou mesmo fachadas semitransparentes, que permitiriam a entrada de luz mas manteriam certa privacidade.

Os próximos passos dos cientistas quanto a esse material são testar a técnica em outros tipos de madeira e continuar trabalhando para aumentar a transparência e aprimorar o processamento do material.

Fontes:

Wood windows? Swedes develop transparent wood material for buildings and solar cells – Phys. Org;

Swedish Scientists Develop Optically Transparent ‘Wood’ – Sci-News;

Yuanyuan Li et al. Optically Transparent Wood from a Nanoporous Cellulosic Template: Combining Functional and Structural Performance. Biomacromolecules, published online March 4, 2016.

Materiais para odontologia

Sempre ouvimos por aí que o mercúrio é um metal tóxico. A maioria das mães já deve ter dito para não deixarmos o termômetro cair no chão, e se ele quebrar, para não tocarmos no mercúrio que vazou. Por que então são utilizadas ligas de mercúrio para o reparo de dentes se é de conhecimento popular que ele é tóxico a nós seres humanos? Apesar de hoje essas ligas, chamadas de amálgamas, serem menos comuns na reparação dentária devido ao desenvolvimento de resinas cerâmicas com melhor acabamento estético, é comum ainda encontrarmos muitas pessoas que possuam essas obturações em seus dentes.

As amálgamas são utilizadas por possuírem uma combinação de características favoráveis: são duráveis, suportam bem as pressões oriundas da mastigação, seu preço é acessível e são fáceis de colocar, uma vez que normalmente são líquidas ou pastosas à temperatura ambiente, de forma que preencham muito bem todas as cavidades e contornos dentários. Além de dar essa consistência mais líquida à liga, o mercúrio é importantíssimo na obtenção de um material duro e estável, uma vez que é responsável por ligar quimicamente metais como prata, cobre e estanho, para formar as amálgamas. A vantagem é que quando misturado a estes outros elementos, o mercúrio torna-se uma substância inativa, sendo muito menos nocivo ao corpo humano. Ainda assim, há uma liberação em pequena quantidade do mercúrio das obturações para o interior de nosso corpo. No entanto, essa liberação não é considerada perigosa, visto que o mercúrio é um elemento já presente em certa quantidade em nossa água, comida e ar, de forma que a pequena quantidade liberada pelas amálgamas não é tão significativa perto do contato diário que possuímos com o metal.

Uma outra alternativa metálica é o uso de ligas a base de ouro. O ouro é o metal mais biocompatível que existe e já são conhecidos relatos de muito tempo atrás sobre pessoas que possuíam dentes de ouro.  Além disso, o ouro tem coeficiente de expansão térmica muito próxima à do dente, expandindo e contraindo de forma semelhante a este e, assim, evitando tensões em excesso no dente restaurado. Devido a tudo isso, o material sempre foi considerado muito seguro. No entanto, o ouro puro é muito dúctil (e caro) para fazer restaurações dentárias, precisando de alguns elementos de liga para obter melhores propriedades, como por exemplo a prata e o irídio, que aumentam a resistência da liga, o cobre e o paládio, que modificam sua coloração, e a platina, que, assim como o ouro, é resistente a manchas e tem poucas chances de desencadear uma reação imunológica. No entanto, a adição desses elementos de liga faz com que o ouro não seja mais completamente inerte e biocompatível. Relatos na literatura mostram que alguns elementos liberados das ligas de ouro apresentam efeito citotóxico in vitro.  Os estudos concluíram que ouro, paládio e platina não apresentam efeito citotóxico, cromo, cobre e prata mostraram-se tóxicos e níquel, zinco e cobalto foram classificados como muito tóxicos. No entanto, esses estudos são recentes e ainda não se sabe com clareza sua relevância clínica. Serão necessários mais estudos in vitro e mais ensaios clínicos controlados para uma melhor avaliação das ligas.

Para quem não se sente confortável com as opções metálicas, há outros materiais que podem ser utilizados e que conferem uma melhor qualidade estética.

A primeira opção são os compósitos à base de polímeros. Eles não são tão duradouros como as amálgamas e ligas de ouro e não podem ser utilizados em casos em que a perda dentária é muito grande, no entanto em preenchimentos menores são uma excelente opção e conferem uma boa estética. Os compósitos são feitos a partir de uma resina polimérica e uma carga de partículas vítreas, misturadas e ajustadas até se assemelharem à coloração original do dente. A matriz polimérica é responsável por conferir estabilidade e não dissolubilidade em água. Já as particulas vítreas, normalmente quartzo, borossilicato, ou vidro a base de bário, aumentam a resistência do polímero, previnem a absorção de água e amenizam expansões ou retrações. Ao final, é realizado um tratamento de superfície para unir efetivamente o polímero e a carga vítrea. Há na literatura diversas combinações de polímeros, cargas, catalisadores, aceleradores, etc, que conseguem formar bons compósitos com essa função odontológica. Devido aos avanços recentes, esses materiais são cada vez mais populares e confiáveis, conferindo bastante segurança na junção entre material e dente.

amalgama vs composito

Comparativo entre obturações de amálgama (acima) e de compósito (abaixo), mostrando o melhor aspecto estético da última.

Por fim, para finalizar o assunto de hoje, será abordada mais uma opção não metálica: as porcelanas. Esses materiais cerâmicos são os que fornecem o melhor acabamento estético dentre as opções abordadas. Normalmente são de um tipo de porcelana feita de óxido de silício com percentuais variados de zircônia e alumina, conferindo a cor apropriada ao material. A propósito, uma característica interessante no que diz respeito à coloração é que o material não tem sua cor alterada com o uso, mantém sempre a cor original. Isso não acontece para muitos dos outros materiais desenvolvidos para adquirir um aspecto semelhante ao de um dente.

Como podemos ver, há ainda muitos desafios na área odontológica. Nesse caso, vemos a importância do trabalho em equipe e dos grupos interdisciplinares, onde um maior progresso pode ser obtido através da parceria entre áreas como odontologia e engenharia de materiais.

Fontes:

Biocompatibility Testing & Dental Toxicity;

J. B. Schilling Dentistry: Materials;

ELSHAHAWY, W.; WATANABE, I. Biocompatibility of dental alloys used in dental fixed prosthodontics. Tanta Dental Journal, v. 11, n. 2, p. 150-159, 2014.

O que afinal faz um engenheiro de materiais?

O primeiro desafio de um estudante de engenharia de materiais é explicar para o mundo o que ele faz. Essa tarefa não é nada fácil, considerando que apenas todas as coisas do mundo são feitas de materiais, então imagine o quão amplo é este campo de trabalho. Definir engenharia de materiais é parecido com tentar definir energia, não existe uma resposta pronta. Apesar disso, nosso objetivo hoje é definir o que é essa ciência e ajudá-lo a explicar para aquele tio ou tia que sempre pergunta nas festas de família!

O engenheiro de materiais pode ser considerado o profissional que faz engenharia de microestruturas, ou seja, introduz, reduz, manipula a presença de defeitos em um material, modificando com isso as suas propriedades. Assim, através de diferentes condições de processamento ou de diferentes composições químicas para produzir determinado material, o engenheiro de materiais consegue fazer combinações mais adequadas a cada aplicação. Um exemplo muito claro ocorre na fabricação de materiais cerâmicos: Se o objetivo é uma maior resistência mecânica, faz-se um material com poucos poros (que são vazios no interior do material), enquanto se o objetivo for diminuir o peso do componente, a introdução desses vazios torna-se uma opção muito interessante.

Resumidamente, a engenharia de materiais funciona baseada em um tetraedro, em que um dos vértices é a estrutura e a composição química do material e os demais são aplicação, processamento e propriedades do mesmo.

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A ideia do tetraedro é mostrar como todos esses fatores são interdependentes: Para utilizar um material para determinada aplicação, é necessário que ele possua algumas propriedades específicas. Para obter essas propriedades, o material precisa estar organizado de determinada maneira em termos de estrutura, o que se consegue produzindo-o por uma determinada rota de processamento. Para outra aplicação, são necessárias outras propriedades, outra estrutura e portanto outra rota de processamento. E assim, com tudo isso em mente, o engenheiro de materiais trabalha com o objetivo de desenvolver materiais mais otimizados para uma determinada aplicação ou na seleção de materiais já existentes para aquela aplicação.

Claro que nem sempre a técnica de processamento resolverá os problemas existentes, pode ser necessário modificar a composição química do material ou mesmo misturar mais de um tipo deles. Basicamente, dividem-se os materiais em metais, polímeros e cerâmicas, cada qual com suas vantagens e desvantagens. Por exemplo: os metais normalmente são os melhores condutores de eletricidade, mas são sensíveis à corrosão (a conhecida ferrugem no caso do ferro e dos aços). As cerâmicas, são muito resistentes a temperaturas elevadas, mas normalmente são pouco resistentes a impacto e quebram. Os polímeros são extremamente leves, mas não suportam temperaturas muito elevadas. Assim, em determinadas aplicações, deseja-se uma combinação de propriedades que não existe em um único tipo de material, fazendo com que seja necessário juntá-los e com isso formar um material que chamamos de compósito. Em alguns casos, recorre-se ainda à nanotecnologia para alcançar determinada propriedade. Com ela, é permitido modificar o material lá em sua escala nanométrica (míseros 10-9 metros), conseguindo atingir propriedades que o material convencional muitas vezes não consegue, por não estar tão bem organizado.

Basicamente este é o mundo da engenharia de materiais. Agora que você tem uma boa ideia de como ele funciona, voltemos à pergunta inicial: com o que afinal esse profissional trabalha?

Há muitos engenheiros de materiais em empresas que desenvolvem polímeros, cerâmicas, ligas metálicas, aperfeiçoando esses materiais, tornando-os mais baratos e sustentáveis, atuando em seu controle de qualidade, entre outros. No cenário brasileiro atual as duas indústrias que mais contratam profissionais da área são a siderúrgica e a petroquímica. A siderúrgica está muito relacionada com as montadoras de carros presentes no Brasil, que buscam cada vez mais diminuir o peso dos componentes dos veículos com o intuito de aumentar a eficiência energética. Um exemplo de aço que foi desenvolvido através da engenharia de materiais são os aços TRIP, muito resistentes e com elevada conformabilidade do material. Já na indústria de petróleo e gás um dos principais desafios é o desenvolvimento de um material muito resistente à corrosão marítima e também resistente à pressão que será exercida abaixo d’água.

No entanto, o mercado de trabalho não se restringe apenas às indústrias mencionadas. Muitos engenheiros utilizam o conhecimento que possuem na área para prestar consultoria e resolver problemas relacionados a materiais enfrentados por determinadas empresas, outros optam por atuar na área de perícia, investigando acidentes e propondo causas para os mesmos através de uma análise de falhas do material. Além disso, há aqueles profissionais que se interessam mais por ensinar a outras pessoas as artimanhas do mundo dos materiais, atuando como professores em escolas, cursos técnicos ou universidades.  

Mesmo que muitas pessoas ainda desconheçam a engenharia de materiais, ela está muito presente no nosso dia-a-dia. Exemplos são os vidros resistentes a riscos, baterias e semicondutores, encontrados em nossos celulares, remédios (nanomateriais transportadores de medicamentos), embalagens (isopor e polímeros em geral), roupas e tênis que utilizamos, materiais de construção de nossas casas e universidades, entre outros. Além disso, a área abrange setores de grande importância no meio industrial, tais como: supercondutores, semicondutores, materiais nucleares, fibras óticas, biomateriais (isto é, desenvolvimento de próteses para o corpo humano), soldagem, corrosão, reciclagem, fibra de carbono, impressão 3D, grafeno e qualquer outra coisa que você imaginar! Existem muitos materiais que prometem mudar nossas vidas e ainda não estão prontos para o mercado, como produção de dispositivos flexíveis através de nanotubos de carbono, peles artificiais, órgãos artificiais e capa de invisibilidade através de metamateriais.

Poderíamos permanecer aqui o dia inteiro falando sobre vários lugares que encontramos a engenharia de materiais, mas vale lembrar que até em um garfo ou em um piso existe essa ciência, pois não é por acaso que esse tipo de metal ou de cerâmica foi escolhido, existe toda uma engenharia por trás dos objetos mais simples que temos em nossas casas e teve alguém que estudou muito para isso ser feito, esse alguém é o engenheiro de materiais!

O biodegradável pode não ser tão sustentável assim

Os materiais biodegradáveis são aqueles que se decompõem mais rapidamente na natureza e por consequência disso geram um menor impacto ambiental, pois evitam a contaminação do solo e dos rios, por exemplo. Como sustentabilidade hoje é um assunto muito recorrente, a produção e pesquisas relacionadas com esses materiais se tornou mais frequente nos últimos anos. Uma aplicação desses materiais é no reforço por fibras de materiais compósitos com matriz polimérica.

É comum a utilização de fibras em materiais compósitos para melhorar algumas propriedades do material. Nesse caso pode ser tanto utilizado fibras sintéticas como fibras orgânicas, por exemplo fibras de celulose em nanoescala (NFC). Numa pesquisa realizada nos institutos Imperial College London e na University College London foram feitas comparações entre as NFC e os seguintes tipos de materiais: Resina epóxi reforçada com fibras de celulose bacteriana ou derivada de fibras de madeira (BC), fibras de vidro com polipropileno(GF/PP) e o polímero biodegradável poliácido lático (PLA).

Os testes com as fibras de nanocelulose mostraram que o material possui uma boa performance, além de possuir uma menor toxicidade e menor densidade do que as fibras de vidro. Como é um material biodegradável e natural era de se esperar que o seu impacto ambiental fosse muito menor do que os compósitos feitos com materiais sintéticos. Porém não foi esse o final da história, pelo contrário!

Os pesquisadores consideraram cada estágio da produção desses materiais, desde a extração da matéria prima até a manufatura do produto final e descobriram algo surpreendente: os compósitos com materiais biodegradáveis podem não ser tão eco-friendly assim. Na verdade, em comparação com o PLA e com o GF/PP, eles são mais poluentes.

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Gráfico Potencial de Aquecimento Global considerando processos envolvidos na produção dos materiais PL

Um dos principais fatores que fazem o compósito de epóxi reforçado com fibras de nanocelulose é o processo de infusão de resina a vácuo, pois os consumíveis do processo não são eco friendly. Já o BC não é tão sustentável devido a produção de glicose necessária para o cultivo bacteriano e também devido a limpeza e purificação que devem ser realizadas após o cultivo.

Porém se considerarmos o ciclo de vida completo da peça, até o seu descarte, esse quadro começa a mudar e se torna viável a utilização de fibras de nanocelulose do ponto de vista ambiental, principalmente se utilizada em grande quantidade. Uma aplicação onde esse material poderia ser utilizado é em partes de automóveis, porque quanto menor o peso dos seus componentes, menor será o consumo de combustível.

Essa pesquisa realizada por Kong-Yang Lee nos leva a refletir que nada adianta criarmos um material biodegradável, que não agride o meio ambiente quando descartado, e simplesmente ignorar os problemas ambientais que o processo desse material pode gerar. É muito importante conseguirmos gerar um processo sustentável desde a extração da matéria-prima até o descarte do produto final.

Texto baseado em:

Life cycle assessment of nanocellulose-reinforced advanced fibre composites.

Materials Today – How green are cellulose-reinforced composites?