Sobre a engenharia de superfícies

A engenharia de superfícies é usada em larga escala nos sistemas produtivos de países com altos índices de desenvolvimento industrial. Trata-se da tecnologia de preparação e modificação das superfícies de componentes de engenharia para cumprir funções específicas dentro de uma aplicação, em geral sem modificar significativamente as dimensões dos componentes para a aplicação projetada. Ela promove avanços tecnológicos que produzem soluções eficazes na vanguarda de diversos segmentos industriais.

Praticada empiricamente há milênios pelo homem, a consolidação da engenharia de superfícies como tecnologia – prática com base na ciência – ainda hoje é dificultada pelo conhecimento limitado da Físico-Química das superfícies e interfaces sólidas. Essas têm comportamento completamente diferente e muito mais complexo do que o do volume (bulk, em inglês) dos sólidos. Confirmando isso, o Prêmio Nobel de Química em 2007 foi concedido a Gerhard Ertl, um especialista em fenômenos físico-químicos de superfícies. A frase de Wolfgang Pauli, “God made solids, but surfaces were the work of the Devil. …”, continuará justificando esforços para compreender e controlar as superfícies. Conseqüentemente, a investigação das superfícies e interfaces sólidas e suas aplicações continuarão sendo vanguardas da Físico-Química por muito tempo.

A engenharia de superfícies permite, por um lado, a síntese de superfícies com propriedades benéficas inusitadas. Por outro lado, o conhecimento científico e o controle dos processos são ainda insuficientes.  Um exemplo, escolhido ao acaso entre inúmeros outros, ilustra bem: sabemos há dez anos que componentes de engenharia aeroespacial com revestimento nanolaminado TiN/Ti, ou seja um revestimento compósito de espessura total de aproximadamente 1 a 4 micrometros, formado mediante superposição de 100 a 800 bicamadas de filmes finos do tipo TiN/Ti, com espessura típicas de 5 a 8 nanometros cada bicamada, apresentam propriedades mecânicas e tribológicas muito superiores se comparados com os mesmos componentes revestidos com uma única bicamada TiN/Ti com a mesma espessura total de 1 a 4 micrometros. Entre outras propriedades excepcionais, destacam-se:

a) ultra-dureza – dureza superficial até três vezes maior;

b) redução de atrito – coeficiente de atrito até 10 vezes menor;

c) ultra-adesão – força de adesão ao componente de engenharia, em trabalho, até 10 vezes superior.

Esses ganhos inusitados permitem conceber aplicações impensáveis até recentemente na engenharia aeroespacial, automotiva, de instrumentação biomédica e odontológica. Em particular, esses revestimentos não alteram significativamente as dimensões dos componentes de engenharia para a maioria das aplicações. Porém, esses benefícios não são obtidos sistematicamente para qualquer tipo de componente, assim como nem sempre as três propriedades acima são melhoradas na mesma aplicação. Nesse caso, como em inúmeros outros, ainda não temos uma explicação plausível para o fenômeno e nem para a sua escassa reprodutibilidade, o que limita a aplicação de tão importante descoberta. A inserção progressiva dessa tecnologia em sistemas produtivos industriais de grande porte em operação no país agrega valor inquestionável aos produtos pela via da inovação tecnológica, assim como fomenta o surgimento de novos processos, produtos e empreendimentos.

A engenharia de superfícies é usada em larga escala nos sistemas produtivos de países com altos índices de desenvolvimento industrial. Trata-se da tecnologia de preparação e modificação das superfícies de componentes de engenharia para cumprir funções específicas dentro de uma aplicação, em geral sem modificar significativamente as dimensões dos componentes para a aplicação projetada. Ela promove avanços tecnológicos que produzem soluções eficazes na vanguarda de diversos segmentos industriais.

Praticada empiricamente há milênios pelo homem, a consolidação da engenharia de superfícies como tecnologia – prática com base na ciência – ainda hoje é dificultada pelo conhecimento limitado da Físico-Química das superfícies e interfaces sólidas. Essas têm comportamento completamente diferente e muito mais complexo do que o do volume (bulk, em inglês) dos sólidos. Confirmando isso, o Prêmio Nobel de Química em 2007 foi concedido a Gerhard Ertl, um especialista em fenômenos físico-químicos de superfícies. A frase de Wolfgang Pauli, “God made solids, but surfaces were the work of the Devil. …”, continuará justificando esforços para compreender e controlar as superfícies. Conseqüentemente, a investigação das superfícies e interfaces sólidas e suas aplicações continuarão sendo vanguardas da Físico-Química por muito tempo.

A engenharia de superfícies permite, por um lado, a síntese de superfícies com propriedades benéficas inusitadas. Por outro lado, o conhecimento científico e o controle dos processos são ainda insuficientes.  Um exemplo, escolhido ao acaso entre inúmeros outros, ilustra bem: sabemos há dez anos que componentes de engenharia aeroespacial com revestimento nanolaminado TiN/Ti, ou seja um revestimento compósito de espessura total de aproximadamente 1 a 4 micrometros, formado mediante superposição de 100 a 800 bicamadas de filmes finos do tipo TiN/Ti, com espessura típicas de 5 a 8 nanometros cada bicamada, apresentam propriedades mecânicas e tribológicas muito superiores se comparados com os mesmos componentes revestidos com uma única bicamada TiN/Ti com a mesma espessura total de 1 a 4 micrometros. Entre outras propriedades excepcionais, destacam-se:

a) ultra-dureza – dureza superficial até três vezes maior;

b) redução de atrito – coeficiente de atrito até 10 vezes menor;

c) ultra-adesão – força de adesão ao componente de engenharia, em trabalho, até 10 vezes superior.

Esses ganhos inusitados permitem conceber aplicações impensáveis até recentemente na engenharia aeroespacial, automotiva, de instrumentação biomédica e odontológica. Em particular, esses revestimentos não alteram significativamente as dimensões dos componentes de engenharia para a maioria das aplicações. Porém, esses benefícios não são obtidos sistematicamente para qualquer tipo de componente, assim como nem sempre as três propriedades acima são melhoradas na mesma aplicação. Nesse caso, como em inúmeros outros, ainda não temos uma explicação plausível para o fenômeno e nem para a sua escassa reprodutibilidade, o que limita a aplicação de tão importante descoberta. A inserção progressiva dessa tecnologia em sistemas produtivos industriais de grande porte em operação no país agrega valor inquestionável aos produtos pela via da inovação tecnológica, assim como fomenta o surgimento de novos processos, produtos e empreendimentos.

Saudações,

Israel

De país com muitas fábricas para país com muitas indústrias

Prezados leitores,

No meu primeiro texto neste blog, vou apresentar brevemente o Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, conhecido como INES, do qual sou coordenador. 

A missão do INES é atuar cooperativamente com os sistemas industriais do país que utilizam a engenharia de superfícies nos seus processos produtivos, contribuindo para o momento atual de transição do Brasil de país com muitas fábricas para país com muitas indústrias, pela via do desenvolvimento tecnológico e da inovação. A escolha desta área de atuação está baseada em vocações naturais e nas condições materiais dos sistemas produtivos industriais, pois a engenharia de superfícies está profundamente inserida na produção industrial instalada no país, sendo decisiva para setores estratégicos de desenvolvimento industrial destacados no Plano de Aceleração do Crescimento em Ciência, Tecnologia e Informação (PACTI). Trata-se de um setor da indústria no qual o Brasil pode tornar-se competitivo em tempo razoável. A competitividade na área depende da apropriação de conhecimentos de fronteira e de recursos humanos capazes de usar tais conhecimentos no desenvolvimento de produtos e processos industriais.

O Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies deverá promover avanços tecnológicos que produzem soluções eficazes na vanguarda dos seguintes segmentos industriais considerados estratégicos pelo governo federal: Biotecnologia, Nanotecnologia, Tecnologias da Informação e Comunicação, Insumos para a Saúde, Energia, Petróleo, Programa Espacial e Programa Nuclear. Concretamente, o INES visa conhecimento científico, inovação e desenvolvimento sustentável nesses segmentos industriais do país mediante:

a) formação de recursos humanos com excelência em pesquisa fundamental e em desenvolvimento de processos e produtos;

b) inserção de tais processos, produtos e recursos humanos no sistema produtivo industrial do país, bem como criação de novos empreendimentos de base tecnológica;

c) transferência de conhecimento para a sociedade.

Saudações,                 

Israel