Imagem do mês de julho. Entrevista com a autora.

29/07/2016
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MEV de aço AISI 316L nanoestruturado por bombardeamento iônico.

A imagem do mês de julho chama a atenção pela riqueza de planos e texturas.

Os planos são as faces micrométricas de cristais/grãos que emergem na superfície de uma amostra de aço vista através de um microscópio eletrônico de varredura do LNNano – CNPEM. As texturas ou padrões foram obtidos ao bombardear a amostra de aço com íons de xenônio.

Além de gerar os padrões superficiais, o bombardeamento iônico traz modificações internas nos aços, e inclusive pode otimizar o efeito da nitretação – um tratamento de superfície habitualmente utilizado na indústria para melhorar o desempenho de peças e componentes.

Segue uma entrevista com a autora da imagem, Silvia Azevedo dos Santos Cucatti, que está realizando o doutorado em Física na Unicamp, com orientação do professor Fernando Álvarez.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Fale sobre o contexto em que foi gerada a imagem.

Silvia Cucatti: – A imagem foi gerada como parte da minha pesquisa de doutorado. O projeto envolve o estudo de aço modificado pela técnica de bombardeamento iônico com gases nobres. Estudamos modificações em superfície, como as observadas na imagem do concurso, e modificações em volume como a presença de tensões residuais após o processo. Além disso, também estudamos como tais modificações influenciam a difusão de nitrogênio no aço após outro processo chamado nitretação a plasma, técnica que melhora o desempenho de aços na indústria mecânica através de alterações de dureza e resistência ao desgaste e à corrosão.

O objetivo do projeto é aumentar o entendimento dos fenômenos físicos e mecanismos fundamentais envolvidos tanto no processo de bombardeamento iônico como na nitretação. Até o momento, já temos resultados envolvendo o comportamento dos padrões observados na imagem do calendário e de tensões residuais em função de diferentes condições experimentais de bombardeamento iônico.

Esse projeto é financiado através do CNPq, que fornece minha bolsa de doutorado, e pela FAPESP (projeto temático  2012/10127-5).

Boletim Engenharia de Superfícies: – Na imagem, qualquer pessoa pode distinguir regiões que parecem corresponder a diferentes planos de uma estrutura tridimensional. Cada região tem um padrão/textura particular. Explique-nos o que estamos vendo.

Silvia Cucatti: – Na imagem vemos as faces dos diferentes cristais da superfície. A sensação de 3D é real e surge da diferença de altura que existe tanto entre os grãos como nos próprios padrões. Alguns cristais são mais altos que outros, e os padrões observados possuem picos e vales de altura, assim como ondas.

Esses padrões surgem como resultado da interação entre os átomos da superfície e os íons de xenônio. O formato dos padrões em um cristal depende do modo como os átomos dele estão posicionados, por isso surgem formas diferentes para cristais diferentes.

Boletim da SBPMat: – Conte-nos em que consiste o bombardeamento iônico por xenônio realizado na amostra da imagem. Esse processo já é aplicado em peças da indústria metal-mecânica, em escala industrial?

Silvia Cucatti: – Na técnica de bombardeamento iônico, íons de um determinado gás são lançados em direção a um material (um processo análogo ao arremesso de uma bala de canhão em um alvo, por isso o mesmo nome “bombardeamento”). Esse processo já é utilizado na indústria metal-mecânica para limpar a superfície das peças antes de outros procedimentos. Parte da inovação do meu projeto de doutorado consiste em expandir a aplicação desse processo para outros fins, como a otimização da nitretação.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Silvia Cucatti: – Gostaria de agradecer ao meu professor orientador Fernando Alvarez, aos professores colaboradores Roosevelt Droppa Jr, Carlos Alejandro Figueroa e Luiz Fernando Zagonel, ao técnico do meu laboratório, Piacenti, e aos meus colegas de grupo Mónica, Diego e Vinicius.

Para entrar em contato com Silvia: scucatti@ifi.unicamp.br


Imagem do mês de junho. Entrevista com o autor.

27/06/2016
Imagem de SEM de silício texturizado com nanopartículas de Ag. Crédito: Douglas Soares da Silva, estudante da UNICAMP (SP).

Imagem MEV de silício texturizado com nanopartículas de Ag.

Na página do mês de junho do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, uma imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostra uma das pirâmides micrométricas “esculpidas” na superfície de uma amostra de silício cristalino, parcialmente coberta por nanopartículas de prata (os pontinhos claros da imagem). Esta estrutura, longe de ter apenas uma função decorativa, pode ser usada para fabricar células fotovoltaicas (dispositivos que transformam diretamente a luz do sol em corrente elétrica) mais eficientes. De fato, enquanto a geometria das pirâmides aumenta a probabilidade de absorção da luz pelo material, a presença das nanopartículas de prata ajuda a direcioná-la para onde interessa por meio dos chamados “efeitos plasmônicos”.

A imagem foi realizada no Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) por Douglas Soares da Silva, e depois colorizada digitalmente. Douglas está concluindo seu doutorado em Física na Unicamp com orientação do professor Francisco das Chagas Marques. Em paralelo, ele trabalha no Instituto de Química da Unicamp com técnicas de microscopia (eletrônica e de força atômica), auxiliando grupos de pesquisa desse instituto e seus colaboradores.

Segue uma entrevista com Douglas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Fale sobre o contexto em que foi gerada a imagem.

Douglas Soares da Silva: – Esta imagem ilustra o resultado final de um processo de microtexturização superficial, na forma de pirâmides com base quadrada, de silício cristalino, seguido de uma segunda etapa onde as microestruturas produzidas são decoradas com nanopartículas de prata (Ag). O objetivo deste procedimento foi produzir uma estrutura final onde fosse aumentada tanto a probabilidade de absorção de luz como seu subsequente aproveitamento na fotocriação de portadores de carga, potencializando, com isso, a produção de células fotovoltaicas mais eficientes. Este trabalho, coordenado pelo Prof. Dr. Francisco das Chagas Marques com financiamento da FAPESP e do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies (CNPq – programas INCTs), foi desenvolvido paralelamente às atividades de pesquisa diretamente relacionadas ao tema de meu doutorado.

Boletim Engenharia de Superfícies: Por que/para que o silício foi texturizado formando pirâmides?

Douglas Soares da Silva: – A texturização em forma de pirâmides com base quadrada ocorre graças à existência de anisotropia à corrosão química por parte dos planos cristalográficos do silício. As pirâmides criadas na texturização da superfície do silício aumentam a probabilidade de absorção da luz pelo material. É como se o feixe incidente colidisse com as faces das pirâmides e resultasse em maiores chances de ultrapassar a interface com o material. O resultado pode ser visto por uma diminuição da reflexão, que em geral altera-se de 40%, quando luz na faixa do visível é incidida perpendicularmente sobre uma lâmina de silício polida, para próximo de 10% no caso do material texturizado. Esta técnica é rotineiramente usada em tecnologias de produção de células solares.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Como foram “inseridas” as nanopartículas de prata?

Douglas Soares da Silva: – Posterior à etapa de microtexturização, induziu-se termicamente, e em ultra-alto-vácuo, a formação de nanopartículas de Ag sobre toda a superfície microtexturizada a partir de um filme muito fino depositado através da técnica de pulverização, chamada de “sputtering”. A vantagem da metodologia utilizada é exatamente a revelada pela imagem: as partículas podem ocupar de maneira uniforme superfícies muito inclinadas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Explique muito brevemente em que consistem os efeitos plasmônicos que podem ser incentivados pela presença das nanopartículas de prata.

Douglas Soares da Silva: – Efeitos plasmônicos, de forma bastante sucinta, podem ser entendidos como processos de espalhamento de luz causado por oscilações de cargas elétricas. Fenômenos como a amplificação localizada da radiação incidente e/ou seu desvio controlado de trajetória podem ser induzidos a partir da interação entre os campos oscilantes que a compõem com os elétrons, sobretudo aqueles de maior mobilidade, presentes, por exemplo, em nanopartículas de Ag. A intensidade desses fenômenos dependerá tanto do comprimento de onda da radiação incidente quanto da forma, tamanho e o ambiente em que a nanopartícula está imersa. Em nosso caso, o objetivo era produzir maior redirecionamento da luz solar para a homojunção PN da célula fotovoltaica de silício.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Douglas Soares da Silva: – Gostaria de agradecer aos profissionais técnicos da área de microscopia eletrônica do LNNano/CNPEM pelos ensinamentos e pela ajuda nas caracterizações. A imagem foi obtida no microscópio eletrônico de varredura deste centro. Agradeço também ao Dr. Gustavo Viana pela interpolação de cores desta micrografia.

Para entrar em contato com Douglas: dsoares@ifi.unicamp.br.


Imagem do mês de maio.

03/06/2016
Rede de coordenação com íons de európio.

Rede de coordenação com íons de európio.

Um crisântemo pompom decora a página do mês de maio do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. A aparente flor é, na verdade, uma rede de coordenação (MOF) microscópica composta por íons de európio ligados a moléculas orgânicas, vista através de um microscópio eletrônico de varredura (MEV). Por ser luminescente, o material encontra aplicações como marcador e sensor, por exemplo. A imagem foi realizada no Centro de Tecnologias Estratégicas do Nordeste (CETENE), em Recife (PE) por Dyego Maia de Oliveira, e resulta do mix entre dois tipos de imagens geradas pelo MEV, a de elétrons secundários e a de elétrons retroespalhados.


Imagem do mês de abril. Entrevista com a autora.

25/04/2016
Nanopartículas core-shell seguindo as linhas de campo. Crédito: Helena Augusta Lisboa de Oliveira, estudante da UnB (DF).

Nanopartículas core-shell seguindo as linhas de campo.

Maio do ano passado no Laboratório de Fluídos Complexos da Universidade de Brasília. Partículas nanométricas feitas de óxidos metálicos, imersas num líquido contido num béquer, são atraídas por um ímã e se agrupam em linhas configurando um desenho de assombrosa semelhança com o íris de um olho. A então mestranda Helena Augusta Lisboa de Oliveira imortaliza a cena com a câmera de seu celular, com o objetivo de participar do concurso “Superfícies em Imagens”. Helena Augusta faz algumas alterações nas cores da foto e, no final do mês, ela candidata essa e mais duas imagens ao prêmio. A foto é escolhida como uma das imagens vencedoras e é publicada do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies na página do mês de abril.

A partir dessa experiência, Helena Augusta reuniu mais imagens científicas com valor estético e as publicou em sua página no Instagram, que hoje tem quase 500 seguidores. Em paralelo, a “fotógrafa científica” amadora finalizou o mestrado em Ciência de Materiais e iniciou, neste ano, o doutorado em Tecnologias Química e Biológica, também na Universidade de Brasília (UnB), no qual dará continuidade ao tema da pesquisa de mestrado: a fabricação e caracterização de nanopartículas magnéticas, e seu uso na remoção de metais pesados e poluentes orgânicos presentes em efluentes industriais e outros meios aquosos.

Segue uma entrevista com Helena Augusta.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Conte sobre o contexto em que foi realizada a imagem: o trabalho de pesquisa e seus resultados.

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – O trabalho de mestrado teve como objetivo o desenvolvimento de uma nova nanotecnologia para remediação ambiental em que foram elaborados, caracterizados e aplicados nanoadsorventes magnéticos baseados em nanopartículas core-shell do tipo CoFe2O4@ γ-Fe2O3 para remoção do Cr(VI), conhecido como cromo hexavalente, de meios aquosos. A maior vantagem em se utilizar nanoadsorventes magnéticos, além da grande área superficial em pequena quantidade de amostra -por se tratar de partículas em escala nanométrica-, é a separação magneticamente assistida, método rápido e de alta eficiência. Os nanoadsorventes e o Cr(VI) podem ainda ser recuperados e reutilizados. Esperamos ainda neste ano gerar um paper e também um pedido de patente. No doutorado, pretendemos expandir a utilização dos nanoadsorventes para aplicações ambientais na remoção de poluentes orgânicos, além dos metais pesados. Os órgãos que fomentaram esse trabalho foram: FAP-DF, FINATEC, CAPES e CNPq.

Boletim Engenharia de Superfícies: – A imagem é uma foto de um experimento realizado para fins de pesquisa ou uma montagem com fins estéticos? Se for para pesquisa, qual era o objetivo do experimento?

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – A imagem foi obtida durante a realização de um dos experimentos do meu trabalho de dissertação. O objetivo do experimento na etapa retratada foi fazer a separação química dos nanoadsorventes magnéticos da solução de cromo hexavalente Cr(VI), com o auxílio de um ímã. Na imagem, o ímã foi afastado propositalmente do béquer para que as linhas de campo que orientam as partículas ficassem mais amplas, artisticamente para a foto.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Explique em que consistiu o experimento de modo que possamos saber o que estamos vendo na imagem.

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – Os nanoadsorventes – em preto – foram colocados num béquer de 250 mL, onde já havia uma solução de Cr(VI) – em rosa (que originalmente é amarela*). Abaixo do béquer, foi colocado o ímã. Rapidamente, os nanoadsorventes magnéticos (que até então estavam dispersos na solução) se alinharam conforme as linhas de campo do ímã, tridimensionalmente (ainda imersos no meio líquido).

* A foto original pode ser vista na minha página do Instagram: @haloliveira. Destaco que a inspiração para fazer a coletânea e divulgação das imagens na página surgiu graças ao Concurso Superfícies em Imagens, que me motivou a explorar este lado da vivência científica.

Boletim Engenharia de Superfícies: – O que faz as partículas da imagem funcionarem como nanoadsorventes em águas?

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – Os nanoadsorventes magnéticos elaborados são baseados em nanopartículas core-shell (com um núcleo e camada externa feitos de diferentes materiais) do tipo CoFe2O4@γ-Fe2O3. A superfície de maguemita tem grande afinidade com o Cr(VI). Ao serem colocados em contato e agitação com solução contaminada com Cr(VI), o Cr(VI) tende a ser adsorvido na superfície de maguemita. O núcleo de ferrita de cobalto, por sua vez, garante uma rápida separação assistida magneticamente, devido às suas propriedades magnéticas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Partículas desse tipo já estão no mercado/ já são utilizadas em aplicações ambientais fora do laboratório?

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – A ideia é que os nanoadsorventes sejam aplicados em efluentes industriais contendo Cr(VI). Antes de a indústria liberar seu efluente contaminado com altas concentrações de Cr(VI) para o ambiente, ele deve ser tratado. Utilizando-se os nanoadsorventes, um grande volume de efluente contaminado seria reduzido a poucos litros de solução de Cr(VI) concentrada, que pode inclusive ser reutilizada pela indústria, como matéria prima com valor agregado.

Já existem sorventes de Cr(VI) baseados em nanopartículas no mercado, mas que só funcionam em determinadas condições restritas de uso.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Helena Augusta Lisboa de Oliveira: – Agradeço ao meu orientador Alex Fabiano Cortez Campos que teve a ideia desse projeto. Ao Webert Medeiros, à Priscilla Coppola e ao Franciscarlos Gomes da Silva por fornecerem amostras para o trabalho.

Helena Augusta Lisboa de Oliveira e o professor Alex Fabiano C. Campos. Crédito: Aniger Lisboa.

Helena Augusta Lisboa de Oliveira e o professor Alex Fabiano C. Campos. Crédito: Aniger Lisboa.

Para entrar em contato com Helena Augusta: helena.augusta1@gmail.com.


Imagem do mês de março. Entrevista com a autora.

29/03/2016

por Verónica Savignano

MEV de nanofolhas de Cu(OH)2 crescido sobre lâmina de cobre.

MEV de nanofolhas de Cu(OH)2 crescido sobre lâmina de cobre.

Grama crescida sobre um montículo de terra é o que sugere a imagem que ilustra a página de março do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. Todavia, a grama não é feita de grama, e sim de hidróxido de cobre (II), e suas folhas têm cerca de 37 nm de espessura e 2 ou 3 mm de comprimento. Por sua vez, a terra não é bem terra; trata-se de uma lâmina de cobre que foi forçada a se oxidar ao coloca-la em contato com uma solução aquosa contendo hidróxido de amônio e hidróxido de sódio. Depois de uma série de reações químicas consecutivas, formou-se o hidróxido de cobre (II) sobre a lâmina. Ou, em outras palavras, a grama cresceu sobre a terra.

Na imagem, a estrutura aparece aumentada 10 mil vezes por um microscópio eletrônico de varredura do Centro de Microscopia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e colorida digitalmente usando um editor de imagens.

A formação da nanograma de hidróxido de cobre (II) fez parte de um trabalho realizado em 2014, cujo objetivo era o desenvolvimento de um novo sensor eletroquímico (ou seja, baseado em reações de oxidação e redução) para detectar glicose.

A autora do trabalho, e da imagem, é Natália Goedtel Medeiros, aluna do mestrado em Química da UFRGS, onde também realizou o bacharelado em Química.

Segue uma breve entrevista com a autora.

Boletim Engenharia de Superfícies: –  Explique, pensando em um público amplo, de não especialistas, como se formou o hidróxido de cobre II que aparece na imagem do calendário.

Natália Goedtel Medeiros: – Uma lâmina de cobre foi deixada em contato com uma solução contendo hidróxido de amônia (NH4OH) e hidróxido de sódio (NaOH). Nesse meio ocorre a oxidação do metal cobre, Cu0  →  Cu+2 + 2e-. Os íons Cu+2 reagem com o NH3 formando um aminocomplexo, Cu +2 + 4NH3  →[Cu(NH3 )4 ] +2, o qual posteriormente forma o hidróxido de cobre (II) pela reação com o grupo hidroxila (-OH), [Cu(NH3 ) 4 ] +2 + 2  OH →Cu(OH) 2 + NH4 OH.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Ainda pensando em um público de não especialistas, explique de que maneira essa nanoestrutura pode ser utilizada na detecção de glicose. E comente mais sobre essa aplicação: vocês têm algum dispositivo em mente (por exemplo, um medidor de glicose em sangue) para a nanoestrutura?

Natália Goedtel Medeiros: – As nanoestruturas de hidróxido de cobre (II) podem ser utilizadas como um sensor eletroquímico na detecção de glicose devido ao seu efeito eletrocatalítico, que permite que a glicose seja oxidada na superfície do eletrodo gerando uma quantidade de corrente que é proporcional à sua concentração. Desta forma, pode-se utilizar este eletrodo na confecção de um dispositivo similar ao glicosímetro. Todavia, as nanofolhas de hidróxido de cobre (II) não mostraram ser tão eficientes na oxidação da glicose quanto as nanoflores de óxido de cobre (II). Mas a sua formação permitiu elucidar o mecanismo de crescimento de nanoflores de óxido de cobre (II) que foi objeto de estudo como sensor de glicose. Os resultados deste último foram publicados recentemente no Journal of Solid State Electrochemistry.

Foto do grupo de pesquisa. Da esquerda para a direita, Vanessa (IC), professora Jacqueline Arguello (orientadora), Natália (mestranda) e Filomeno (doutorando).

Foto do grupo de pesquisa. Da esquerda para a direita, Vanessa (IC), professora Jacqueline Arguello (orientadora), Natália (mestranda) e Filomeno (doutorando).

Boletim Engenharia de Superfícies: – Conte sobre o contexto em que foi realizada a imagem.

Natália Goedtel Medeiros: – Esta imagem foi realizada durante o desenvolvimento do meu trabalho de conclusão do curso de Bacharelado em Química na UFRGS, o qual foi orientado pela Prof.ª Dra. Jacqueline Arguello da Silva e cujo título é “Síntese de nanoflores de óxido de cobre para sensor eletroquímico de glicose”. Neste trabalho, o objetivo era desenvolver um novo sensor eletroquímico não-enzimático para detecção de glicose através da formação de nanoestruturas sobre uma lâmina de cobre. A imagem gerada auxiliou na elucidação do mecanismo de crescimento das nanoestruturas do óxido de cobre (II), composto que é formado posteriormente ao hidróxido de cobre (II). As nanoflores de óxido de cobre (II) foram utilizadas como sensor eletroquímico não enzimático para detecção de glicose. Estes resultados geraram um artigo publicado, cuja referência pode ser conferida abaixo. As fontes de financiamento são as agências de fomento CNPQ (Processo: 550441/2012-3), INCTBio (CNPq/INCT 573672/2008-3), CAPES e Propesq/UFRGS através de bolsas e projetos de pesquisa.

Referência: N. G. Medeiros, V. C. Ribas, V. Lavayen ,J. Arguello Da Silva. Synthesis of flower-like CuO hierarchical nanostructures as an electrochemical platform for glucose sensing. Journal of Solid State Electrochemistry, DOI 10.1007/s10008-016-3163-1

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Natália Goedtel Medeiros: –  Gostaria de agradecer à minha orientadora Prof.ª Dra. Jacqueline Arguello da Silva, aos meus colegas do grupo de pesquisa do Laboratório de Nanomateriais para Aplicações Analíticas ou Biomédicas da UFRGS, ao Instituto de Química da UFRGS e ao Centro de Microscopia e Microanálise da UFRGS.

Para entrar em contato com Natália: nataliagoedtel@gmail.com.


Imagem do mês de fevereiro. Entrevista com o autor.

23/02/2016

por Verónica Savignano

Nanobastões de ouro crescidos sobre nanotubo de carbono.

Nanobastões de ouro crescidos sobre nanotubo de carbono.

Carbono e ouro compõem a nanoestrutura que ilustra a página do mês de fevereiro do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. Carbono, no nanotubo (de poucos nanômetros de diâmetro), formado por uma série de folhas de grafeno enroladas, de um átomo de espessura cada uma. Ouro, nos nanobastões que parecem enfeitar o nanotubo.

O autor principal da imagem é Anderson Caires de Jesus, doutorando na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), e microscopista do Centro de Microscopia dessa universidade, onde foi realizada a imagem usando um microscópio eletrônico de transmissão,

Em seu mestrado, Anderson, orientado pelo professor Luiz Orlando Ladeira, desenvolveu um método de síntese de nanoestruturas híbridas como a da imagem. Além disso, explorou uma de suas possíveis aplicações: usá-las como amplificadores de sinal na identificação de moléculas por meio da técnica de espectroscopia Raman. Partindo dessa possibilidade, Anderson e colaboradores deram mais um passo e desenvolveram nanossensores que detectam compostos químicos e estruturas biológicas, podendo ser usados para diagnóstico médico ou veterinário e para análises químicas. O trabalho já gerou 4 pedidos de patente, além de artigos publicados em periódicos indexados internacionais, e um projeto de empresa spin-off, em busca de investimentos.

Em entrevista a nosso boletim, Anderson Caires explica brevemente como fabricou as nanoestruturas de carbono e ouro e conta mais sobre as aplicações desenvolvidas.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Como foi fabricado o “tubinho enfeitado” da imagem do calendário? Por que nanobastões e nanotubo grudam?

Anderson Caires: – Esta imagem mostra nanobastões de ouro crescidos sobre a superfície de nanotubos de carbono. Neste projeto, desenvolvemos um novo processo de síntese de nanoestruturas hibridas, entre nanomateriais de carbono e nanoestruturas de ouro. O processo começa com a redução química de uma solução aquosa de um sal de ouro na presença de materiais de carbono, isso provoca o crescimento de pequenas nanopartículas de ouro em regiões ativamente funcionalizadas dos nanotubos de carbono de paredes múltiplas. Essa solução é então submetida a um processo fotoquímico com irradiação de luz ultravioleta. A ação da luz provoca diversas reações químicas que atuam para promover o crescimento in situ de nanobastões de ouro, utilizando as nanopartículas crescidas pela redução química como base. Podemos controlar a morfologia através da adição de surfactantes. Como o crescimento acontece in situ, os nanobastões ficam fortemente aderidos na superfície dos nanotubos de carbono.

A imagem foi realizada usando um microscópio eletrônico de transmissão (MET) Tecnai de 200 KV, instalado no Centro de Microscopia da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Conte-nos um pouco sobre o contexto em que foi realizada a imagem: o projeto no qual se insere, os resultados obtidos nesse projeto etc.

Anderson Caires: – Esta imagem é referente ao meu trabalho de mestrado intitulado “Desenvolvimento de nanomateriais e nanocompósitos para aplicação em detecção química e biológica por espalhamento de luz”. Neste trabalho, eu estou desenvolvendo nanocompósitos entre nanomateriais de carbono (nanotubos de carbono e óxido de grafeno) e nanopartículas de ouro anisotrópicas. Estamos aplicando estes materiais para detecção química e biológica através de espalhamento de luz, utilizando principalmente a técnica de espectroscopia Raman. Na espectroscopia Raman, uma impressão digital molecular pode ser identificada pelo espectro vibracional da molécula em estudo. Porém, o sinal Raman de diversas moléculas é muito fraco, sendo de difícil detecção em medidas convencionais. Assim, um efeito especial, chamado efeito SERS (surface-enhanced Raman spectroscopy), está sendo muito estudado nos últimos anos. Resumidamente, este efeito é uma amplificação do sinal Raman através da interação entre as moléculas em estudo e nanopartículas metálicas. Este material é ótimo para esse tipo de medida por que os nanotubos servem de template para os nanobastões, aumentando a interação entre eles, e ainda aumentando a superfície de absorção para as moléculas. Estamos desenvolvendo sistemas de detecção de compostos químicos para diversas aplicações baseadas neste processo. Durante este projeto publicamos dois artigos em revistas internacionais e temos um terceiro submetido; além disto, depositamos quatro pedidos de patente para o processo e produto. O artigo que trata em particular do trabalho que originou a imagem premiada, pode ser encontrado na referência abaixo. Nossa principal fonte de financiamento são as agências de fomento (CNPq, CAPES e FAPEMIG) através de bolsas e projetos de pesquisa.

Referência: A.J. Caires et al; Highly sensitive and simple SERS substrate based on photochemically generated carbon nanotubes/gold nanorods hybrids, Journal of Colloid and Interface Science, 455 (2015), 78–82. doi:10.1016/j.jcis.2015.04.071

Boletim Engenharia de Superfícies: – Comente quais são as aplicações dos nanobastões de ouro crescidos sobre nanotubos de carbono. São todas aplicações potenciais ou alguma já existe na sociedade fora do laboratório?

Anderson Caires: – Estamos aplicando este material como nanosensor para detecção de compostos químicos e estruturas biológicas, direcionados para o setor de análise química e diagnóstico médico/veterinário in vitro. Como o processo é simples e proporciona grande amplificação de sinal, foi possível desenvolver um sistema de detecção mais eficaz, sensível e barato que as tecnologias atualmente disponíveis no mercado. Isso é possível porque através da interação entre este material e as moléculas em estudo, podemos identificar uma assinatura molecular especifica de cada molécula, e em baixíssimas concentrações, da ordem de nanomolar ou até mesmo mais diluídas. Estamos buscando financiamento para criação de uma empresa focada nestes novos materiais e em sua produção comercial.

foto anderson

Anderson Caires

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Anderson Caires: – Gostaria de agradecer a toda a equipe do laboratório de nanomateriais do departamento de física da UFMG, e à equipe do Centro de Microscopia da UFMG.

Para entrar em contato com Anderson:

E-mail: andersoncaires@outlook.com. Linkedin: https://br.linkedin.com/in/andersoncaires


Imagem do mês de janeiro. Entrevista com o autor.

27/01/2016

por Verónica Savignano

Imagem MEV de MOF obtido via microondas.

Imagem MEV de MOF obtido via microondas.

Na página do primeiro mês de 2016, o calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies exibe um conjunto de estruturas micrométricas arredondadas, cuja superfície apresenta um relevo acidentado, responsável por sua relativamente grande área superficial. Aguçando um pouco a vista, conseguimos distinguir que as estruturas são feitas de um material poroso.

O nome científico de cada uma destas bolinhas rugosas é MOF, de “metal-organic framework”. As MOFs da imagem são compostas por íons de elementos metálicos, no centro, ligados a moléculas orgânicas ao redor. A repetição dessas estruturas rígidas tridimensionais forma uma rede de átomos ordenada – por isso as MOFs são materiais cristalinos.

A imagem foi realizada usando um microscópio eletrônico de varredura (MEV) do Laboratório de Química de Materiais e Sensores (LMSEN) da Universidade Estadual de Maringá (UEM).

Segue uma entrevista com o autor da imagem, Bill Nishar Safadi, 20 anos, estudante do curso de graduação em Química da UEM, no Estado de Paraná.

Boletim Engenharia de Superfícies: – As estruturas MOF da imagem foram sintetizadas pensando em uma aplicação, não é mesmo? Conte-nos um pouco qual seria essa aplicação e qual seria sua importância social/econômica/ecológica.

Bill Safadi: – Esta classe de materiais é munida de elevada área específica, volume de poro elevado e estrutura flexível, o que torna o material altamente poroso. Estas importantes características proporcionam um grande potencial de aplicação para estes materiais. No que tange sua aplicação pode-se citar: armazenamento de gás, separação, sensoriamento químico, transporte de fármacos, aplicações em catálise heterogênea, entre muitas outras. Diante do potencial apresentado pelo material, pensou-se no emprego do material na adsorção de dióxido de carbono (CO2). Salienta-se que, na literatura, é visível o crescente número de tecnologias desenvolvidas para esta finalidade, pois existe uma preocupação global na diminuição das emissões de CO2. De acordo com a necessidade de diminuir a quantidade de CO2, a proposta foi desenvolver um material oriundo de fontes alternativas e aplicar esse material com apelo ambiental, visando minimizar a quantidade desse e outros gases presentes na atmosfera. Salienta-se ainda que o grande diferencial das MOFs é que estes materiais precisam de pouca energia para recuperar o CO2 capturado e aplica-lo em seu reuso. É digno de nota que o projeto para a síntese e aplicação destes materiais ostenta importância sócio/econômica e ambiental além de formação de recursos humanos altamente qualificados na área.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Agora conte-nos um pouco sobre o contexto em que foi realizada esta imagem.

Bill Safadi: – A micrografia premiada é referente ao meu projeto PIBITI intitulado “Desenvolvimento de estruturas metal orgânicas (MOF) para aplicação em captura e armazenamento de hidrogênio e dióxido de carbono’, realizado no período de 01/08/2014 a 31/07/2015. No entanto, já trabalho na síntese de materiais porosos desde o meu primeiro ano de graduação no Laboratório de Química de Materiais e Sensores (LMSEN) da UEM. Juntamente com os demais membros do grupo, buscamos realizar um estudo sistemático do processo de síntese de MOFs que por sua vez são obtidas a partir de diferentes metais, diferentes métodos e diferentes fontes. Além disso, o desenvolvimento de novas MOFs com a utilização de ligantes orgânicos específicos. Como é uma área com elevado potencial de aplicação, o grupo também conta com uma relevante colaboração com renomados pesquisadores estrangeiros, para o desenvolvimento de projetos em parceria. No que tange ao financiamento, o projeto é financiado pela Fundação Araucária/PR (Processo: 830/2013).

Boletim Engenharia de Superfícies: – Gostaria de agradecer alguém que tenha participado da realização da imagem vencedora?

Bill Safadi: – Gostaria de agradecer principalmente o meu orientador Prof. Dr. Andrelson Wellington Rinaldi – DQI/UEM, pelo auxílio e suporte em todas as etapas do projeto, o doutorando Cleiser Thiago Pereira da Silva – PQU/UEM e o professor Dr. Murilo Pereira Moisés – UTFPR/Campus Apucarana, que me auxiliaram em todas as atividades do laboratório, assim como nas análises de dados. Também agradeço os demais colegas do grupo de pesquisa que são meus colaboradores e que muito me ajudaram durante a execução deste projeto, uma vez que este trabalho não é fruto de um esforço individual, e sim um trabalho de um grupo. Agradeço também ao CNPq pela minha bolsa de Iniciação Científica Tecnológica, a Fundação Araucária/PR pelo suporte financeiro, ao COMCAP da UEM e ao Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies pela oportunidade de concorrer com nossa imagem.

Grupo do LMSEN - UEM

Grupo do LMSEN – UEM

Para entrar em contanto com Bill: billsafadi@gmail.com


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