Uma nova forma de encarar a metalurgia

A maior parte dos materiais metálicos é produzida por meio de fundição, na qual há o fornecimento de uma grande quantidade de energia e posterior derretimento do minério que irá dar origem ao metal em questão. Até que elevados graus de pureza sejam atingidos, o material deve passar por mais e mais processos que irão elevando significativamente seu preço final. Além disso, durante o processo há a eliminação para o ambiente de diversos gases que contribuem para o efeito estufa. E se houvesse um processo que dispensasse os gastos energéticos elevados de uma fundição, não produzisse gases de efeito estufa e em uma única etapa transformasse a matéria-prima mineral em metal de elevada pureza?

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Impressão 4D: A evolução da impressão 3D

A impressão 3D já existe desde os anos 80 e consiste em um método de processamento no qual é criado um objeto tridimensional através de adições de camadas de material. Mas o que então seria a quarta dimensão?

Na impressão 4D temos uma quarta dimensão que seria o tempo. Isso significa que mesmo depois de ser produzido pela impressora, o material pode ter sua forma alterada sozinha. Para isso são utilizadas matérias-primas chamadas de inteligentes, como as ligas com efeito de forma, lembra?

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Como funciona?

Como quase tudo na vida, o problema é resolvido pelo material! Como foi falado anteriormente no post linkado acima, existem materiais, como ligas de ouro-cádmio e cobre-zinco que podem ter suas formas alteradas automaticamente quando receberem um estímulo externo, que podem ser por temperatura, eletricidade, imersão em líquidos e gases, pela luz ou até mesmo estímulos químicos. No caso das ligas o mecanismo de ativação da mudança de forma é a temperatura.

Nas pesquisas realizadas no Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) os materiais impressos são cobertos por uma tinta especial que reage na presença de água e consequentemente altera a forma do objeto. Geralmente esses materiais inteligentes são utilizados nas juntas do objeto e não são utilizados em todo o material, provavelmente por causa dos altos custos associados. Porém hoje só é possível fazer com que os produtos feitos por impressão 3D alterem sua forma em apenas uma direção e quando o mecanismo de ativação for a água.

Veja o vídeo abaixo para ver como funciona essa transformação!

Aplicações

A indústria que mais se beneficia com esse tipo de processo e de material é a robótica. O mercado necessita de robôs mais precisos e com movimentos suaves, o que é chamado de soft robots. Acredita-se então que os materiais provenientes da impressão 4D podem auxiliar na confecção desses robôs e ajudar a indústria médica, por exemplo. Além disso, no futuro esses materiais podem fazer parte de componentes que se montam sozinhos, facilitando o armazenamento.

Desafios

Antes de a gente ter essa tecnologia em nossas casas é preciso que haja um desenvolvimento de uma impressora 3D mais complexa, capaz de imprimir microchips e circuitos no seu impresso, que fariam com que o material se auto montasse. Entre as limitações mais relacionadas com o material estão a necessidade de usar um meio, como a água, para o material sofrer a mudança de geometria, o que não é tão prático para o uso diário e para a venda para o consumidor final. Ademais a reversibilidade do material de mudar de uma forma para outra ainda é limitada e faltam mais estudos sobre diferentes mecanismos de ativação que o material poderá ter.

Fontes:

Raviv, Dan, et al. “Active printed materials for complex self-evolving deformations.” Scientific reports 4 (2014).

Techtudo – Impressão 4D: Como funciona e diferenças para a impressora 3D


Gostaria de agradecer meus amigos Pedro e Ricardo pela sugestão do assunto dessa publicação.

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Os 10 melhores cursos de engenharia de materiais fora do Brasil

Quando eu entrei na faculdade um dos objetivos que eu já tinha traçado era entrar em um programa para intercâmbio acadêmico, com o intuito de crescimento profissional e também pessoal. Sei que muitos estudantes também compartilham desse sonho comigo, por isso hoje listamos as melhores universidades que possuem o curso de engenharia de materiais fora do Brasil e suas respectivas áreas de pesquisa e desenvolvimento!

1. Massachusetts Institute of Technology (MIT) (EUA)

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O MIT é uma universidade particular americana e é a melhor universidade de engenharia de materiais do mundo. Entre as pesquisas desenvolvidas, estão nanomateriais transportadores de medicamentos para atacar cânceres, biomateriais (como implantes), estudos envolvendo análises de falhas (com foco em materiais nucleares) e também estudos sobre o impacto e ciclo de vida dos materiais. Você também pode ver essas e inúmeras outras pesquisas desenvolvidas no site do departamento do MIT.

2. Stanford University (EUA)

Situada na Califórnia, nos EUA, a Stanford conta com grupos de pesquisas focados em células solares e combustíveis, biomateriais, nanomateriais, materiais magnéticos e materiais voltados para aplicações eletrônicas. Ademais, a Stanford é conhecida por ter um ambiente muito empreendedor e formar as famosas Stanford Startups, exemplos de empresas formadas por ex alunos ou professores são Google, Nike e Yahoo!.

3. University of California, Berkeley (EUA)

A Berkeley também se encontra na Califórnia e possui temas de pesquisas muito parecidos com os da Stanford, pois trabalha também com biomateriais, materiais eletrônicos e materiais magnéticos. A universidade possui 72 prêmios Nobel e os professores descobriram 6 dos elementos da tabela periódica. Um ótimo portfólio, não é mesmo?

No blog já falamos sobre uma pesquisa dessa universidade sobre filmes poliméricos que mudam de cor quando dobrados (reveja aqui).

4. University of Cambridge (Inglaterra)

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Para quem gosta da Europa, uma ótima escolha é a Universidade de Cambridge na Inglaterra, que é a universidade que produziu mais vencedores do prêmio Nobel do mundo! As pesquisas na área de materiais estão voltadas para materiais nucleares, cerâmicas, compósitos, metalurgia, nitreto de gálio, entre outros.

5. Northwestern University (EUA)

Mais uma universidade americana na nossa lista que também trabalha com biomateriais, nanomateriais, materiais magnéticos e materiais eletrônicos. Além disso possui grupos de pesquisa em materiais cerâmicos, metálicos, poliméricos e compósitos.

Uma das pesquisas em desenvolvimento na Northwestern é com ligas com efeito de forma.

6. Imperial College London (Inglaterra)

Sediada em Londres, possui grande renome nas áreas de engenharia e pesquisa, na área de materiais tem um foco em simulação de materiais, grafeno, biocerâmicas, ligas para aplicação na indústria aeroespacial e nuclear, e nanotecnologia.

7. National University of Singapore (NUS) (Singapura)

É a maior e mais antiga universidade do país e possui pesquisas relacionadas com materiais magnéticos, células solares, biotecnologia e microscopia eletrônica. Foi nesta universidade que Guilhermino Fechine atuou como professor visitante durante todo o ano de 2013 e se aperfeiçoou na área de grafeno. Para quem não lembra, Guilhermino foi o primeiro engenheiro de materiais entrevistado pelo blog e atua como pesquisador no Centro de Pesquisa Avançadas em Grafeno e Nanomateriais (Mackgraphe) e como professor na Universidade Presbiteriana Mackenzie.

8. Nanyang Technological University, Singapore (NTU) (Singapura)

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A Nanyang Technological University é bem nova comparada com as outras universidades da lista, pois ela tem apenas 60 anos e é a maior universidade na área de pesquisa de Singapura. As pesquisas na área de materiais se concentram nas áreas de biomateriais, compósitos, materiais sustentáveis, nanomateriais e também softwares de simulação de materiais.

9. University of Oxford (Inglaterra)

A Oxford é a segunda universidade mais antiga da Europa e possui uma grande rivalidade com a de Cambridge, mas assim como ela possui investimentos voltados ao desenvolvimento de materiais nucleares. Além disso trabalha com polímeros, nanomateriais, modelagem computacional e supercondutores.

10. Georgia Institute of Technology (EUA)

Para fechar nossa lista temos mais uma instituição americana, onde são realizadas pesquisas com fibra de carbono, metamateriais, microeletrônicos, nanotubo de carbono e também nanomateriais.

Depois dessa lista, você já escolheu para onde quer ir?

Fonte: Top Universities

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Nova família de materiais luminescentes

Os materiais luminescentes são bem utilizados no nosso cotidiano, por exemplo em sinalizações de saída de emergência ou na sinalização de trânsito. Esse fenômeno pode ocorrer em qualquer estado da matéria e é relacionado com a capacidade do material de emitir luz através de uma reação química, radiação ionizante ou até mesmo por meio de uma emissão de luz. A transferência ou absorção de energia se dá através de um íon de espécie ativadora, que quando excitado sofre decaimento e então emite radiação de menor energia que a fonte incidente. O que também pode ocorrer é que o íon ativador não é capaz de absorver a energia de excitação direta, então para absorver essa energia será utilizado um íon sensibilizador.

Cientistas do MIT desenvolveram uma família de materiais bioinspirados luminescentes que emitem precisamente cores controladas (até mesmo o branco) e cuja emissão pode ser ajustada conforme a variação das condições do ambiente. Esses materiais consistem em um metallogel, que é um polímero metálico feito de metais de terras raras, pois eles apresentam grande rendimento quântico, e que no caso é feito com lantanídeo. O princípio de emissão de luz pode ser ajustado conforme estimulos químicos, mecânicos ou até mesmo térmicos, assim eles podem identificar a presença de alguma substância ou situação particular. Isso é possível através da combinação do lantanídeo com o polímero polietilenoglicol. Dessa forma eles podem detectar toxinas, poluentes e elementos patogênicos através das diferentes emissões de luz quando em contato com essas substâncias.

Outra aplicação desses incríveis materiais é na detectação de tensão em sistemas mecânicos. Esse material pode ser aplicado em forma de gel ou como um revestimento nas estruturas, então antes que a falha ocorra, ele irá identificá-la. Além disso, esses materiais compósitos são capazes de auto-montagem e auto-regeneração e podem ser utilizados em casos que necessite de absorção de energia sem fraturar, como em implantes biológicos.

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Materiais luminescentes produzidos pelo MIT. Fonte imagem

E por que eles são bioinspirados?

Bom, o engenheiro de materiais Niels Holten-Andersen disse que ele procura usar os truques presentes na natureza para projetar polímeros que sejam bioinspirados e esses materiais luminescentes não deixam de ser um caso, porque ele se baseou nos organismos presentes no oceano.

Um grande centro no Brasil que trabalha com materiais luminescentes é o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) que é ligado à USP. Nele o químico Everton Bonturim desenvolve materiais com luminescência persistente, que é o fenômeno no qual continuam emitindo luz por minutos ou até mesmo horas depois de cessada a excitação e quando o sistema absorve energia térmica a energia dele será liberada. E o principal diferencial dessa pesquisa feita por Bonturim é que ele estuda as propriedades que esses materiais terão em escala nanométricas para serem agregados em materiais como polímeros e sílica. Como já falado anteriormente, são utilizados metais de terras raras nesse sistema e os três tipos presentes na pesquisa do IPEN são o térbio (Tb), európio (Eu), e túlio (Tm).

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Material luminescente. Fonte imagem

A aplicação mais provável para eles é transforma-los em marcadores biológicos, que permitem a identificação de substratos e são úteis no diagnóstico de doenças. Além disso são utilizados na área de segurança ao serem utilizados em células e documentos.

Você conhece mais algum centro de pesquisa que trabalha com materiais luminescentes ou alguma outra aplicação? Não deixe de compartilhar com a gente!

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Luminescência

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