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

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Três ou mais razões para participar do TRIBO-BR

12/08/2010

Congresso Internacional de Tribologia, o TRIBO-BR, será realizado em novembro no Rio e recebe artigos até 30 de agosto.

Nos dias 24, 25 e 26 de novembro será realizado o Congresso Internacional de Tribologia, o TRIBO-BR. Caso participar de um evento de tribologia com 6 plenary speakers extremamente competentes,  ter seu trabalho publicado em revista bem conceituada internacionalmente, debater com colegas de profissão e visitar o Rio de Janeiro no início do verão não sejam razões suficientes, elenco abaixo mais algumas.

  1. Para engenheiros que atuam em mineração e siderurgia sempre ocupados em aumentar a vida e o tempo útil de funcionamento dos incrivelmente valiosos ativos de suas empresas, a participação do Prof. Steffan Jacobson da Universidade de Uppsala na Suécia deveria justificar a inscrição e participação no congresso. O Prof. Jacobson fará uma apresentação plenária sobre abrasão, forma de desgaste dominante em muitos dos equipamentos importantes destas empresas, como moinhos, caçambas, pás, carregadeira, chutes de minério, correias, estações de pelotização e sinterização, entre outros. Não bastasse esta presença ilustre, o autor do livro mais importante sobre abrasão, Microstructure and wear of materials, o Prof. Karl-Heinz Zum Gahr, também estará presente ao evento. Da mesma forma, os colegas acadêmicos que interagem com empresas deste setor como a VALE, PETROBRAS, SAMARCO, GERDAU, CSN, USIMINAS, entre outras, terão uma oportunidade de atualizar seus conhecimentos.
  2. Já os colegas que atuam junto a indústrias de tratamentos térmicos ou de tratamentos de superfície poderão refrescar seus conhecimentos nas palestras dos pesquisadores Dr Ali Erdemir, do Argonne National Laboratory nos Estados Unidos, e do professor Kenneth Holmber, do VTT na Finlândia. Estes pesquisadores apresentarão os mais recentes avanços nos tratamentos superficiais dos materiais. É de se esperar que empresas como a Balzers, a Brasimet, a HEF e a HAUSER, entre outras, venham a usufruir dos benefícios diretos ou via pesquisadores nacionais destas insignes visitas.
  3. Por fim, as apresentações dos professores Hugh Spikes, do Imperial College na Inglaterra, e Michel Martin, da Ecole Centrale de Lyon, trarão conhecimentos atuais sobre lubrificantes e lubrificação de interesse das empresas de rolamento, como INA, FAG, SKF, NSK, bem como para fabricantes de engrenagens e redutores – equipamentos nos quais (e da mesma forma que nos rolamentos), a lubrificação limítrofe e elastohidrodinâmica é essencial.
Por tudo isto levamos até 30 de agosto próximo a data para entrega de trabalhos completos para o evento e convidamos todos os pesquisadores e colegas do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies em particular a participar do evento.
Amilton Sinatora

Artigos técnicos escritos em colaboração

05/08/2010
imagem por David Wall

Publicar artigos já é um trabalho árduo; com autores de diversas instituições, então, a dificuldade aumenta!

Escrever para publicar é, por si, uma atividade que gera contradições no meio acadêmico (ver a série de posts sobre publicar ou perecer). Publicar um trabalho técnico com autores de diversas instituições é, então, um exercício digno dos mais fortes. Me explico: oito autores de cinco instituições publicamos o artigo Wear mechanisms and microstructure of pulsed plasma nitrided AISI H13 tool steel cuja epopéia descrevo abaixo.

O tema foi trazido para o Laboratório de Fenômenos de Superfície em 2006 pelo então pós-doc do Instituto de Física da Unicamp, o químico Carlos Figueroa, hoje na UCS e um dos coordenadores do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. Discutimos a importância dos ensaios de desgaste para a caracterização dos tratamentos de superfície desenvolvidos pelo Carlos.
Para realizar os ensaios contávamos com o então doutorando engenheiro Mario Vitor Leite, hoje doutor e e engenheiro de aplicação da Villares Rolls.
Como todos sabemos, as propriedades tribológicas são propriedades sistêmicas. Isto também quer dizer que fazer bons ensaios de desgaste toma um tempo enorme de preparação (setup) e um tempo enorme para entender o que é exatamente que estamos medindo. Alie-se a isto o fato de que evidentemente o planejamento experimental não previa as dificuldades dos ensaios tribológicos e nos deparamos com… a falta de amostras, pois todas as que possuíamos tínhamos sido usadas no “setup”!
Como  o doutorando tinha, evidentemente, o seu próprio tema de doutorado, nestas andanças já havia se passado um ano ou mais. Novas amostras foram fabricadas e… os ensaios foram interrompidos porque o doutorando passou seis meses num estágio em Portugal! Estávamos então quase em 2008 quando por fim os ensaios deslancharam. “Deslancharam” é modo de dizer, pois, como os resultados eram novos (o suficiente para garantir uma publicação em uma revista de destaque), não sabíamos o que estavamos observando. E lá se foi 2008.
O fim do período experimental foi ditado pelo fim das amostras, como costuma acontecer. Isto posto, cumpria escrever o trabalho e esta é uma tarefa para pessoas vocacionadas ou para a liderança da equipe. Neste momento foi importante o papel do professor Israel Baumvol, que disse: faça-se! Assim foi feito e o paper foi iniciado!
Chegamos em 2009  “já” com um primeiro esboço composto pelo Carlos. Então faltava “apenas”  entender a parte de tribologia. Para isto foi fundamental eu ter passado duas semanas (maravilhosas) na UCS no âmbito das atividades  do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies (que nesse “meio-tempo” havia sido criado). Pudemos discutir os resultados, apresentá-los, tornar a discuti-los com os estudantes de pós-graduação e providenciar uma primeira versão desta parte do texto.
Aí, então, “ficou fácil”. Bastou distribuir o texto entre os co-autores (da época) e contar com as sugestões. Nesse momento descobrimos que somos, de fato, muito ocupados [um outro jeito de dizer isto é dizer que ganhamos mal, mas esta é outra história], especialmente os tribologistas (eu!). Neste momento  cabia a alguém tomar medidas extremas. Este papel coube então ao Carlos que decidiu enviar a versão que tínhamos para a revista WEAR.
Aí sim é que “ficou fácil” e recebemos uma sonora negativa à publicação do artigo. O que fazer, então. Desistir e procurar outra revista (minha opinião) ou revisar, esclarecer e insistir (todos os outros!). Insistimos e, para isso, precisamos da ajuda de novos co-autores que pudessem investir tempo nas respostas aos questionamentos dos revisores e no aprimoramento do texto que, de fato, estava muito “macarrônico”. Com isto 2009 também se foi.
Mas valeu a pena. Após mais uma breve tramitação chegamos em 2010 com o aceite do trabalho e sua publicação, como citado no início deste texto.
É isto, tudo muito simples, muito rápido e muito eficiente.
Brincadeiras à parte, temos que comemorar quatro conquistas. A publicação do artigo, o reforço dos vínculos entre os co-autores e suas instituições, a incorporação de novos colegas à equipe. O quarto ponto a comemorar é que, no meio de tudo isto, a empresa Plasma-LIITS produziu um belo lote de amostras que nos permitirá investigar a abrangência da contribuição tribológica que fizemos no artigo que motivou este post.
Basta “apenas” encontrar um aluno, que ele passe no exame de ingresso do programa, que…., que….!
Parabéns a todos e parabéns ao Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies por propiciar esta experiência épica.
Amilton Sinatora

Para fanáticos da austenita expandida ou fase-S

16/03/2010

Neste mês de março de 2010 apareceu publicado na International Materials Reviews um artigo para os fanáticos da “austenita expandida” ou “fase-S”. Fase que se forma após nitretação ou carbonetação de aços inox auteníticos, ligas Cr-Ni (biomaterial para implantes em seres vivos) e ligas Cr-Ni (material resistente à corrosão a elevadas temperaturas e de uso comum na indústria nuclear), ela confere maior dureza e resistência ao desgaste à superfície do material modificado.

Neste artigo, Prof. Dong realiza uma detalhada revisão da bibliografia comentando a história desta fase que leva quase 550 contribuições em revistas indexadas internacionais. O levantamento científico em termos da caracterização da fase, das técnicas de tratamento e as tendências futuras merece uma lida cuidadosa.

Boa leitura !

Artigo

Dong, H. S-phase surface engineering of Fe-Cr, Co-Cr and Ni-Cr alloys.  International Materials Reviews, Volume 55, Number 2, March 2010 , pp. 65-98(34)


Como estão os modelos e equações preditivas de desgaste?

08/03/2010
As equações e modelos de desgaste disponíveis para previsão de vida de componentes e equipamentos estão muito distantes dos disponíveis para previsão de vida em fadiga ou fluência. Esse quadro desanimador descrito pelo Professor Ludema em 1995 (Wear model and predictive equations: their form and content) continua verdadeiro 15 anos depois. Ele aponta alguma razões para isto após analisar trabalhos de 5.325 autores publicados na revista WEAR.
a) Poucos autores permanecem estudando desgaste por um prazo suficientemente longo para efetuar contribuições consistentes. Por exemplo, autores com 6 ou mais artigos publicados eram apenas 5% do total.
b) Muito poucos autores trabalham em mais de um tipo de desgaste e, deste modo, não adquirem massa critica na área. Na minha opinião, isto dificulta a composição de modelos que acoplem formas diferentes de desgaste.
c) A maioria dos autores trabalha isolado dos demais, ao contrário do que acontece, por exemplo, em lubrificação.
d) Freqüentemente, os modelos não são acompanhados da documentação apropriada.
e) Os estudos e, portanto, o financiamento em desgaste são relativamente menores do que em outras áreas.
O artigo analisa modelos de erosão e, com base nessa análise, traça recomendações que merecem ser estudadas no próprio texto. Cabe destacar a importância que o Prof. Ludema confere à colaboração entre tribologistas (muitas vezes engenheiros mecânicos) e nossos colegas de Engenharia de Materiais. Me parece importante acrescentar a necessária colaboração com os físicos e químicos, como acontece no Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies.
Conheço dois casos para os quais se conhece a distribuição de probabilidade de falha tanto em ensaios de laboratório como na vida real. Um deles é o desgaste por fadiga de contato de rolamentos cuja distribuição de falhas segue nas duas escalas de estudo a distribuição de Weibul.  O outro é o desgaste de bolas de moinho cuja distribuição segue a distribuição normal. Mesmo nestes casos, prever a vida em serviço com base nos ensaios de laboratório exige procedimentos criteriosos nos quais a ordem de desempenho em laboratório de diferentes qualidades de amostras é transferida por meio de estudos (ou lotes) em escala piloto para a vida real.
A melhoria deste quadro exige estudos mais longos nos quais seja verificada, tanto em laboratório quanto em campo, qual a distribuição de probabilidades de falha e se estabeleçam correspondências entre ambos os níveis de aplicação. Em paralelo, é importante o desenvolvimento de modelos analíticos de desgaste  para fundamentar os trabalhos de caráter estatístico. Também é importante estimular a ampliação e o aumento das interações na comunidade tribológica.
Por fim, é importante não esquecer (para não criar expectativas infundadas) que o desgaste (e o atrito) é uma propriedade dependente do sistema e não uma propriedade do (ou dos) material (ou materiais). Além disso, e da mesma forma que outras propriedades, porém com mais intensidade, o desgaste dos materiais depende fortemente das condições do sistema e, portanto, das diferenças entre as condições do laboratório e do campo, onde o nível de controle das variáveis é em geral muito reduzido.
Referência
H.C. Meng, K.C.Ludema. Wear model and predictive equations: their form and content. WEAR 181-183 (1995) 443-457.
Amilton Sinatora

Artigo sobre mecanismos de endurecimento de materiais

24/06/2009

Oi pessoal.

Este é meu post inaugural do blog do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies (INES).

Este blog servirá como um canal de comunicação e integração entre os membros do Instituto (grupos de pesquisa, empresas e associações) e a sociedade em geral. Informações
sobre os membros e as linhas de pesquisa do INES estão disponíveis no nosso site no CNPq.

Os principais temas a serem tratados aqui por mim serão:

  • Notícias na área de engenharia de superfícies
  • Artigos e resultados inovadores na área
  • Congressos e workshops
  • Divulgação de defesas de teses e dissertações

Outros temas sugeridos também serão bem-vindos e colocados aqui.

Começando o meu primeiro post, li um artigo que saiu recentemente na revista Science (vol. 324, p. 349, 2009) que trata sobre mecanismos de endurecimento de materiais, em especial ligas metálicas na escala nanométrica. Os autores fazem uma revisão sobre os mecanismos de endurecimento clássicos, tais como contorno de grão e solução sólida,
bem como sobre mecanismos nanométricos de endurecimento, como o efeito de barreiras internas no material, criadas por “gêmeos”. São essencialmente defeitos planares que formam interfaces, onde um lado contém um arranjo de átomos que é um reflexo identico dos átomos do outro lado, separados por um plano “gêmeo”.

Esse tipo de mecanismo pode explicar em parte o efeito da superdureza (40 Gpa ≥) em multicamadas de nitretos de carbetos metálicos, o que já foi sugerido (Hovsepian, P. Eh, and W.-D. Münz, Nanostrucutred Coatings Book Series, 2007), embora uma explicação definitiva ainda não tenha sido dada.

De qualquer forma, recomendo a leitura do artigo.

Abraços,

Gabriel