5 das melhores empresas para um engenheiro de materiais trabalhar

É certo que quando entramos na universidade (muitas vezes até antes) começamos a ter um milhão de pensamentos sobre a nossa vida profissional. Como por exemplo o que eu vou fazer quando eu terminar a graduação e onde que eu vou trabalhar. Para ajudar na escolha, resolvemos listar 5 empresas que um engenheiro de materiais pode trabalhar e que são consideradas os melhores lugares para se trabalhar no Brasil.

Owens Corning

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A Owens Corning possui cerca de 450 funcionários, sediada em Rio Claro – SP e considerada uma das melhores empresas multinacionais para trabalhar no Brasil em 2015. Hoje ela é a maior fabricante de fibras de vidro do mundo, que podem ser aplicadas em inúmeros setores industriais. A Owens hoje se encontra em cerca de 30 países e produz principalmente fibras para isolamento, telhas, asfalto e geradores de energia eólica. Além de ter recebido o título da revista Exame, ela também ganhou o prêmio Top of Mind 2014 da indústria de compósitos pelo quarto ano seguido.

Whirlpool

Com mais de 15 mil funcionários e enfoque em inovação a Whirlpool não poderia ficar de fora dessa lista, pois é a maior fabricante de eletrodomésticos do mundo. Ela é uma das 10 empresas mais inovadoras do Brasil segundo a Forbes e está presente no país com as marcas Brastemp, Consul e KichenAid. Só aqui a empresa possui 3 fábricas, 2 escritórios, 4 centros de tecnologia, 23 laboratórios e 3 centros de distribuição. Você pode encontrá-la em Joinville (SC), São Paulo (SP), Rio Claro (SP) e em Manaus (AM).

Gerdau

A Gerdau é brasileira, com início na cidade de Porto Alegre há mais de 100 anos, porém hoje ela se encontra em 14 países. Anualmente eles reciclam milhões de toneladas de sucatas e transformam-as em aço de qualidade, utilizados em diversos setores industriais. A empresa é líder no setor de aços longos na América Latina e possui cerca de 45 mil colaboradores ao redor do mundo.

Intelbras 

Com quase 40 anos de história a Intelbras possui sede nos estados Santa Catarina, Minas Gerais e Amazonas e exporta para cerca de 15 países. A empresa possui um foco na pesquisa e cerca de 5% dos seus faturamentos são voltados à P&D. Entre os produtos podemos citar telefones e equipamentos para monitoramento e vigilância, como câmeras. Na produção desses produtos cerca de 120 toneladas de polímeros são processados por mês, ou seja, a área de atuação do engenheiro na empresa será voltada para o trabalho com polímeros.

DuPont

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A DuPont tem um pouco menos de 3 mil funcionários e é responsável por várias invenções no setor de polímeros, como o Teflon, Nylon e o Kevlar. A empresa é americana, possui mais de 200 anos e sua sede no Brasil está na cidade de Barueri em São Paulo. Também é muito reconhecida na área de segurança industrial e é a segunda maior empresa química do mundo. Não seria nada mal trabalhar lá, certo?

Você conhece alguma empresa que seria muito boa para trabalhar, mas não está na nossa lista? Não deixe de compartilhar com a gente!

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O material natural mais resistente do mundo

Até então a teia de aranha era o material biológico conhecido por nós mais resistente . Esse material tem um potencial de aplicação gigante que vai desde coletes à prova de balas até eletrônicos. Nós falamos mais sobre a seda de aranha nesse post aqui, lembra?

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!

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Dentes do molusco. Foto: Universidade de Darthsmouth

Os moluscos possuem uma língua cheia de pequenos dentes, que não podem ser visto a olho nu. Eles servem para coletar comida das rochas para alimenta-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

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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 isolantesFonte: 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.

Tabela

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).

Fotoescurecimento

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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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.

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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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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 à 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).

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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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Aços com efeito TRIP

Hoje falaremos sobre um grupo de aços muito utilizado na indústria automobilística: os aços com efeito TRIP (plasticidade induzida por transformação de fases). Estes materiais estão inseridos na família de aços AHSS (aços avançados de alta resistência), os quais oferecem uma elevada resistência mecânica, necessária para diminuir o peso dos veículos na indústria automobilística, enquanto mantém elevada a conformabilidade do material, fator tão importante para a produção dos componentes estruturais. Além dos aços TRIP, são parte desta família os aços dual phase, martensíticos, complex phase e ferrítico-bainíticos.

Os aços TRIP apresentam matriz ferrítica com dispersão das fases bainita e austenita retida, sendo esta última a responsável pela modificação das propriedades do aço na medida em que este sofre deformação plástica. Em outras palavras, a plasticidade induzida por transformação de fases presente nestes aços é consequência da transformação de austenita retida em martensita, que é proporcional à deformação plástica sofrida pelo material. Assim, consegue-se um aço otimizado, que apresenta diferentes microconstituintes de acordo com o que é exigido do mesmo. Desta forma, o material é conformado quando apresenta um microconstituinte cúbico de faces centradas (CFC), a austenita, que é bastante dúctil por apresentar muitos planos de escorregamento para as discordâncias, facilitando a conformação. Em seguida, introduzindo deformação plástica, a resistência do material em serviço é aumentada consideravelmente através da transformação desta austenita metaestável em martensita, tornando o aço capaz de suportar um maior esforço.

O funcionamento deste mecanismo pode ser melhor explicado a partir da figura abaixo, de um corpo de prova submetido a ensaio de tração.

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Corpo de prova apresentando estricção em ensaio de tração.

Verifica-se que após a estricção no ensaio de tração, esta nova região formada, de menor seção transversal resistente, será a região mais solicitada e local da futura ruptura do material. No entanto, se você for pensar no aço TRIP submetido a essas condições de ensaio, verificará que esta região da estricção, por apresentar maior grau de deformação, será também aquela em que haverá uma maior concentração de martensita. Assim, esta região apresentará resistência comparável às demais e a deformação voltará a ser mais bem distribuída ao longo do corpo de prova, que consequentemente irá apresentar uma maior taxa de encruamento e maior alongamento no ensaio de tração. Na indústria automobilística, portanto, este material também terá a vantagem de no caso de eventual colisão do veículo, absorver uma quantidade elevada de energia. Além, é claro, da vantagem associada à fácil conformabilidade.

Quanto à produção dos aços TRIP, é necessário um tratamento térmico que apresenta duas etapas. Primeiramente, o metal é aquecido e permanece um tempo no intervalo de temperatura de 780 a 880 °C, ou seja, sofre um recozimento intercrítico. Uma vez obtida a microestrutura austenítica, inicia-se o resfriamento controlado do aço para a formação de ferrita e bainita. A ferrita é formada primeiro, por meio de um resfriamento contínuo, e em seguida é formada a bainita ao manter-se o material em condição isotérmica, a 400°C. A quantidade de bainita formada é controlada e o tratamento é interrompido antes que a transformação bainítica possa ser concluída. Assim, assegura-se que ao resfriar o material ao ar, parte da austenita inicial seja mantida na microestrutura. Esta austenita será denominada de austenita retida e estará em condição metaestável, transformando-se em martensita à medida que o material for sendo deformado plasticamente.

O tratamento pode ser resumido pelo esquema abaixo:

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Tratamento térmico de aço TRIP após ser submetido a laminação à frio. Fonte: NIGRI,2008.

Você pode estar se perguntando por que razão o aço precisa apresentar estes 3 microconstituintes. Isto se deve ao fato de que o aço TRIP não garante suas propriedades mecânicas apenas com a transformação martensítica induzida por deformação, mas também por endurecimento por solução sólida, refino de grão, endurecimento por precipitação e presença simultânea de fases duras e macias em sua microestrutura.  Para isso, utilizam-se elementos de liga, tais como Mn e P (endurecimento por solução sólida), Si e Cu (endurecimento por solução sólida e precipitação) e Nb (refino de grão) unidos às fases ferrita, bainita e austenita retida, de diferentes durezas. Na realidade, ainda não se conhece quais as contribuições  exatas de cada fase no comportamento mecânico do aço, provavelmente devido à quantidade de fatores envolvidos na melhoria deste tipo de propriedade.

Referências:

EMADODDIN, E.; AKBARZADEH, A.; DANESHI, G. H. Effect of intercritical annealing on retained austenite characterization in textured TRIP-assisted steel sheet. Materials characterization, v. 57, n. 4, p. 408-413, 2006.

UTHAISANGSUK, V.; PRAHL, U.; BLECK, W. Micromechanical modelling of damage behaviour of multiphase steels. Computational Materials Science, v. 43, n. 1, p. 27-35, 2008.

GIRAULT, Etienne et al. Study of the temperature dependence of the bainitic transformation rate in a multiphase TRIP-assisted steel. Materials Science and Engineering: A, v. 273, p. 471-474, 1999.

NIGRI, E. Estudo Exploratório da Soldagem por Fricção e Mistura Mecânica de um Aço TRIP 800. 2008. 130 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Metalúrgica) –  PPG em Engenharia Metalúrgica, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008.

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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?

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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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Bioplásticos

Na era atual, em que se recorre cada vez mais a matérias-primas de fonte renovável, uma classe de polímeros torna-se bastante promissora: Os bioplásticos. Diversos fatores tornam estes materiais especiais, seja por demandarem bem menos energia na sua produção, serem recicláveis, absorverem gás carbônico ou ainda, em sua maioria, serem biodegradáveis e compostáveis.  A absorção de gás carbônico por meio destes polímeros está relacionada à fotossíntese dos produtos agrícolas usados em suas composições, que podem ser cana-de-açúcar, batata, mandioca, babaçu, milho, etc. Isto permite a absorção de 2 a 2,5 kg de CO2 para cada quilo de polímero produzido, enquanto o plástico convencional produz cerca de 6kg de CO2 por quilo. Agora que já sabemos sobre suas vantagens, vamos conhecer um pouco mais sobre os bioplásticos.

Um dos grandes nomes no ramo de bioplásticos no Brasil é o engenheiro de materiais João Carlos de Godoy Moreira, o qual, junto com pesquisadores da USP – São Carlos, contribuiu bastante para o conhecimento sobre biopolímeros à base de amido.  Vejam que o amido por si só já é um polímero natural, como mostra a Figura:

macromolecula-de-amido

Estrutura do amido.

Assim, se submetido a alterações de pressão e temperatura, o amido tradicional pode ser transformado em amido termoplástico, que é vendido na forma de pellets, como estes que vemos abaixo:

 pellets

Pellets de termoplásticos de amido. De cima para baixo: cana-de-açúcar, milho, batata e mandioca. Fonte: Biomater

Já é possível encontrar no mercado produtos feitos a partir de biopolímeros, tais como bandejas e copos descartáveis de fécula de mandioca, um substituinte para o isopor feito a partir de cogumelo (que mencionamos nesta publicação) ou saquinhos de polietileno verde, feitos de etanol de cana-de-açúcar, que muitos de vocês já devem ter visto no supermercado na hora de embalar frutas e legumes.  O polietileno verde mantém as mesmas propriedades do polietileno tradicional e ambos podem ser reciclados dentro da mesma cadeia de reciclagem. No entanto, o fato de ser proveniente de fonte renovável, não faz do PE verde biodegradável. Apenas 70% dos bioplásticos são de fato biodegradáveis, levando em média 180 dias para efetuar a completa decomposição.

Verifiquem na hora de escolher os produtos que irão consumir: Os bioplásticos são mais benéficos ao planeta do que os plásticos convencionais, mas são ainda melhores quando são compostáveis. Isto porque os polímeros compostáveis não somente são biodegradáveis como também liberam muitos nutrientes benéficos ao solo, gerando um grande círculo virtuoso. Em outras palavras, o plástico é produzido, consumido e coletado, em seguida retorna ao solo, fertiliza-o e dá-se origem a novas plantações de matéria-prima para bioplásticos, que por sua vez transformam-se em mais deste material e o ciclo é reiniciado. Assim, esta categoria de bioplásticos além de apresentar todas as vantagens já mencionadas, ainda auxilia no combate à deposição excessiva de plástico em nossos aterros sanitários.

Para finalizar, observem que infelizmente produtos como o polietileno verde, os copos e bandejas de fécula de mandioca ou mesmo os pellets de termoplásticos de amido ainda não dominam o mercado, apesar de vantajosos em muitos aspectos.

Por que isto acontece?

Ainda há algumas limitações quanto à produção de bioplásticos, por exemplo a necessidade de mais pesquisa para o aprimoramento desta classe de materiais e os preços mais elevados em relação aos polímeros provenientes de matéria-prima fóssil convencional.

Assim, cabe a nós, consumidores conscientes, refletirmos mais sobre os produtos que levamos para nossas casas e verificarmos que nem sempre o menor preço compensa. Consumidores conscientes geram indústrias conscientes!

Fontes:

Termoplásticos de Amido – Planeta Sustentável;

Polietileno Verde – Braskem;

Copos de Mandioca – Planeta Sustentável;

Copos de Mandioca – G1.

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