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.

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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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Participação da academia e indústria brasileira no “Leeds-Lyon Symposium on Tribology” de 2015.

06/11/2015

por Tiago Cousseau

O Simpósio e a representatividade Brasileira:

Tribologia é a ciencia que estuda atrito, desgaste e lubrificação. Um dos congressos mais tradicionais e respeitados na area é o “Leeds-Lyon Symposium on Tribology“, que teve sua 42ª edição em 07 a 09 de Setembro de 2015. O simpósio este ano teve como tema chave: Surfaces and interfaces mysteries across the interface. Em decorrência, debateu-se em detalhe a interação entre superfícies (óxidos, terceiro corpo, etc.) e lubrificantes (em especial, os aditivos). O 42 Leeds-Lyon contou com a presença de mais de 300 pesquisadores provenientes dos quatro cantos do mundo.

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O Brasil teve uma participação ativa por meio de 3 trabalhos do Laboratório de Fenômenos de Superfície (LFS), Escola Politecnica – USP (sendo um em parceria com a Universidade Sueca de Halmstad), 2 trabalhos da Universidade Federal do Rio Grande do Norte e a coordenação de uma sessão de apresentações (LFS/USP). Dada a importancia do simpósio, o LFS / USP tem tido uma presença constante no mesmo, em especial com trabalhos gerados pelo consórcio de P&D automotivo “Desafios Tribologicos de Motores Flex- Fuel” (projeto FAPESP Nº 2009/54891-8). Vide tabela 1 e 2.

Tabela 1 – Trabalhos desenvolvidos e apresentados no 42º Leeds-Lyon Symposium por autores Brasileiros (2015).

  • T. Cousseau; J.S.R Acero; A. Sinatora – USP. Tribological response of fresh and used engine oils: the effect of surface texturing, roughness and fuel type
  • Z. Dimkovski (Halmstad University), E. Tomanik, F. Profito – USP. Influence of surface waviness on predictions of friction between cylinder liner and oil control ring
  • A. Rodrigues; T. Yonami-me; E. Albertin; A. Sinatora – USP. Pin on disc tribotests with addition of Cu particles as an interfacial media: characterization of disc tribosurface using SEM-FIB techniques
  • S. Alves; V. Mello; E. Faria; A.P. Camarog- UFRN. Nanolubricants developed from tiny CuO nanoparticles
  • J.O. Junior; A. Medeiros; A. Farias- UFRN. Characterization of the dynamic behaviour of lubricity fuels using vibration signals and multiresolution analysis

Tabela 2 – Trabalhos desenvolvidos e apresentados no 40º e 41º Leeds-Lyon Symposium pelo LFS/USP

  • F. Profito,D. Zachariadis, E.Tomanik. Deterministic modelling of the lubrication regime on piston ring–cylinder liner contact (2014)
  • E.M. Bortoleto; R.M. Souza; M.G.V. Cuppari. Atomistic simulation on the sliding of a rigid indenter over aluminum with crystalline defects (2013)
  • E. Tomanik, F. Profito, D. Zachariadis. Modelling of the Hydrodynamic Support of Laser Surface Texturing on Cylinder Bore and Piston rings (2011)

Brasil e os centros de excelência em Tribologia:

Durante os 3 dias de intensa troca de conhecimento com pesquisadores de todo o mundo duas situações ficaram claras: i) os temas chave estudados pelo LFS/USP são os mesmos das escolas de tribologia mais antigas e renomadas da Europa; ii) e o “gap” de conhecimento em tribologia entre Brasil e Europa é cada vez menor. Atualmente o Laboratório de Fenômenos de Superfície da USP é um dos centros de investigação que está na liderança da pesquisa sobre o impacto dos biocombustíveis, em particular do etanol, nos sistemas lubrificados dos motores de combustão interna, apesar do interesse internacional crescente no tema. Isto decorre, principalmente: i) dos incentivos dos órgãos de fomento para a pesquisa em biocombustíveis a exemplo do Projeto “Desafios Tribológicos em Motores Flex-Fuel” financiado pela FAPESP em colaboração com a VW, RENAULT, FIAT, MAHLE, TUPY, PETROBRAS, Unicamp, UFABC e USP, coordenado pelo Prof. Dr. Amilton Sinatora da USP; ii) e das demandas crescentes na redução de emissões de poluentes, que impulsionam às empresas a desenvolverem tecnologias para atingir as metas estabelecidas.

Resumo dos trabalhos apresentados pelo LFS da USP:

Cousseau, T, Ruiz, S. J., Sinatora, A. Tribological response of fresh and used engine oils: the effect of surface texturing, roughness and fuel type.

Superfícies anisotrópicas lisas e rugosas foram testadas em ensaios de movimento alternado com lubrificantes comerciais novos e usados em dinamômetro abastecidos por etanol e por gasolina em condições controladas. Verificou-se que tanto o sentido de deslizamento ( ou //) quanto o grau de envelhecimento do lubrificante afetam significativamente a eficiência do sistema uma vez que estes fatores estão diretamente relacionados com o funcionamento dos aditivos lubrificantes. O efeito da textura dá-se pela maior ou menor facilidade de remoção de óxido das superfícies durante o contato, que é considerado um requerimento para o funcionamento dos aditivos redutores de atrito; já o efeito de uso do óleo foi atribuído a degradação térmica do aditivo modificador do atrito e da interação do mesmo com o combustível brasileiro, o qual inibe o efeito de redução de atrito. Estes resultados estão resumidos na Figura 3, a qual mostra que apenas o lubrificante novo quando o ensaio foi realizado com deslizamento no sentido perpendicular às linhas de retificação mostrou redução de atrito (5W30).

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Figura 3 – Coeficiente de atrito em função do tempo medido no sentido paralelo e perpendicular às linhas de retificação.

Dimkovski Z., Profito F., Tomanik E. Influence of surface waviness on predictions of friction between cylinder liner and oil control ring.

Os efeitos de forma, ondulação e asperezas de cilindros de motor de combustão interna foram analisados quando em contato com o anel de terceiro canalete (anel de controle de óleo) utilizando uma análise multi-escala. Esta análise mostrou que as condições de contato alteram-se significativamente devido à utilização de filtros, prática atual comum. Estes filtros geram uma distribuição mais uniforme de asperezas (ver Fig. 4),de modo que o atrito (Friction Mean Effective Pressure – FMEP) gerado no regime limítrofe de lubrificação diminui e a parte hidrodinâmica aumenta para uma dada velocidade, podendo gerar interpretações errada dos resultados.

Figura 4 - Contato de asperezas da superfície de um cilindro de um motor após 320h de rodagem (área escura). Distribuição depende do filtro utilizado. Da esquerda para direita: Superfície sem filtragem, superfícies filtrada utilizando filtro Gaussiano robusto com 2,5mm, 0,8mm e 0,25mm.

Figura 4 – Contato de asperezas da superfície de um cilindro de um motor após 320h de rodagem (área escura). Distribuição depende do filtro utilizado. Da esquerda para direita: Superfície sem filtragem, superfícies filtrada utilizando filtro Gaussiano robusto com 2,5mm, 0,8mm e 0,25mm.

A.C.P. Rodriguesa*, T. Yonamineb, E. Albertinb A. Sinatorac, C.R.F. Azevedoa. Pin on disc tribotests with the addition of cu particles as an interfacial media: characterization of disc tribosurfaces using sem-fib techniques.

O efeito da adição de cobre como meio interfacial (400 μm, 20 μm and 50 nm) na microestrutura e topografia da tribosuperfície de discos após ensaios pino contra disco (aço/aço) foi evidenciada pela comparação com a condição sem adição de meio interfacial. Microscopia eletrônica de varredura (MEV), feixe de íons focalizado (FIB) e mapeamento de raios X (XEDS) foram as técnicas utilizadas para caracterizar a composição química, microestrutura, tribofilme e camadas deformadas plasticamente na superfície dos discos. A caracterização topográfica mostrou a presença de terceiro corpo e plateaus com marcas de desgaste, e, para algumas condições, a formação de uma camada de transferência de óxido. Observou-se com o mapeamento de raios X a presença de oxigênio associado ao ferro para todas as condições. Adicionalmente, foi observada a adesão expressiva de partículas de cobre nas tribos-superfícies das condições 20 μm e 50 nm. As seções transversais em FIB revelaram a heterogeneidade da superfície, mostrando a formação de camadas transformadas tribologicamente (STT); trincas sub-superficiais; destacamento de regiões plasticamente deformadas e a formação de debris. A formação de uma camada oxidada, compacta e contínua foi apenas observada nas condições sem adição de meio interfacial e com adição de cobre a 400μm.


Laboratório de Pesquisas Fotovoltaicas da Unicamp – células solares de silício com tecnologia 100% brasileira.

24/09/2014

O Laboratório de Pesquisas Fotovoltaicas (LPF) do Instituto de Física da UNICAMP foi fundado no início da década de 1980. Desde então, tem feito importantes contribuições ao desenvolvimento de dispositivos fotovoltaicos – aqueles que transformam energia luminosa em energia elétrica, como os painéis solares. Entre os resultados dessa linha de pesquisa, destacam-se os seguintes:

Laboratório de fabricação de células solares de silício.

Laboratório de fabricação de células solares de silício.

– Células solares de silício monocristalino com eficiência de até 16%.

– Células solares de silício policristalino de 13% de eficiência.

– As primeiras células solares de silício amorfo da América Latina com eficiência de 7%.

– Células com estrutura semicondutor-isolante-semicondutor de 13 % de eficiência.

– Células solares de 13 % de eficiência, fabricadas a partir do silício metalúrgico nacional, em cooperação com a Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp (professor Paulo Mei) com colaboração da empresa brasileira RIMA S.A.

– Células solares de corante (Gratzel) de 7,5% de eficiência, desenvolvidas em colaboração com o Instituto de Química da Unicamp.

O aperfeiçoamento das células solares, na busca por melhor eficiência, menor preço, menor tamanho e maior segurança ambiental, passa pela pesquisa de novos materiais fotovoltaicos e novos revestimentos antirrefletores, entre outros temas. O grupo age nesse tipo de investigação e estuda propriedades optoeletrônicas, estruturais e termomecânicas desses novos materiais para aplicação nas células solares e também em outros dispositivos eletrônicos.

Sistema de Deposição por Camada Atômica (ALD - Atomic Layer Deposition).

Sistema de Deposição por Camada Atômica (ALD – Atomic Layer Deposition).

Atualmente, o laboratório está trabalhando no desenvolvimento de nanopartículas metálicas para aplicação do efeito plasmônico (excitação coletiva de elétrons) em células solares. A ideia é utilizar as nanopartículas em células solares e verificar se o efeito plasmônico se manifesta aumentando a eficiência quântica na região do infravermelho. Para o desenvolvimento das nanopartículas, estão sendo utilizadas as técnicas de sputtering e ablação a laser. A caracterização das nanopartículas é realizada com AFM, SEM, Raman e raios-X.

Laboratório de desenvolvimento de filmes finos. Na frente, o FCVA para desenvolvimento de DLC. No fundo, sistema PECVD.

Laboratório de desenvolvimento de filmes finos. Na frente, o FCVA para desenvolvimento de DLC. No fundo, sistema PECVD.

O grupo também está investindo no desenvolvimento e estudo de filmes ultrafinos (de poucos átomos de espessura), depositados pela técnica ALD (atomic layer deposition), que está em fase de implantação no laboratório e que será utilizada no recobrimento das nanopartículas plasmônicas e em outros trabalhos.

Outra linha importante do grupo é o desenvolvimento de materiais duros para revestimentos com propriedades mecânicas e tribológicas otimizadas para aplicações da indústria metal-mecânica. Para isso, o grupo utiliza várias técnicas de preparação de materiais como RF Sputtering, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition); FCVA (filtered cathodic vacuum arc), electron-beam; spray químico, IBAD (ion beam assisted deposition).

Sistema DIBAD (Dual Ion Beam Assisted Deposition). As duas fontes de íons são canhões do tipo Kaufman.

Sistema DIBAD (Dual Ion Beam Assisted Deposition).

Além de suas atividades de pesquisa acadêmica, algumas delas, desenvolvidas em cooperação com a indústria, este grupo já gerou uma empresa spinoff, a Plasma-LIITS, também associada ao Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. A empresa atua no mercado desde 2004 no desenvolvimento, fabricação e comercialização de instrumentos científicos, equipamentos e processos para tratamentos de superfície por plasma.

 

Minientrevista com o coordenador da equipe do LPF no Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, professor Francisco das Chagas Marques.

IMG-20140818-WA0008Professor associado do Instituto de Física Gleb Wataghin, na Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Francisco das Chagas Marques é bacharel em Física pela Universidade Federal do Ceará (1981), e mestre (1984) e doutor (1989) em Física pela UNICAMP. Fez pós-doutorado na Harvard University e na University of Utah, nos Estados Unidos, e naCommonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, na Austrália. É autor de cerca de 90 artigos científicos publicados em revistas internacionais arbitradas e de uma patente concedida, pela qual lhe foi outorgado o Prêmio Inventores Unicamp 2014.

1. Quais foram, na sua avaliação, as principais ações realizadas e/ou resultados conseguidos e/ou colaborações desenvolvidas por seu grupo no contexto do nosso INCT?

Durante o período de atividade do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies realizamos diversos estudos.  Entre eles, podemos destacar:

– Desenvolvimento de carbono tipo diamante de alta dureza pela técnica FCVA (filtered cathodic vacuum arc).

– Purificação do silício metalúrgico nacional de 98-99% para 99.9993% e fabricação de células solares de 13 % de eficiência. Este resultado representa a primeira vez em que células solares de silício são fabricadas com alta eficiência com tecnologia 100% brasileira, desde o quartzo, passando pela transformação em silício metalúrgico, seguido de purificação do silício, fabricação de lâminas e, finalmente, das células solares. Este trabalho foi realizado em cooperação com a Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp (professor Paulo Mei) e contou com a colaboração da empresa nacional Rima S.A.

2. Escolha os melhores artigos científicos publicados por seu grupo no contexto do Instituto (uns 3 artigos, aproximadamente).

  1. S. da Silva, A. D. S. Côrtes, M. H. Oliveira Jr., E. F. Motta, G. A. Viana, P. R. Mei and F. C. Marques. “Application of amorphous carbon based materials as antireflective coatings on crystalline silicon solar cells”. J. Appl. Physics, 110(4), 043510-043510-8 (2011). DOI: 10.1063/1.3622515.
  2. F.C. Marques, G.A. Viana, E.F. Motta, D.S. Silva, D. Wisnivesky, A.D.S. Côrtes, and M.R. Aguiar. “Argon Implantation in Tetrahedral Amorphous Carbon Deposited by Filtered Cathodic Vacuum Arc”. Journal of Materials Engineering and Performance, 22(5) 1396-1404 (2012). DOI: 10.1007/s11665-012-0401-2
  3. Droppa, Jr., H.C. Pinto, J. Garcia, E.A. Ochoa, M. Morales, S. Cucattti , F. Alvarez. “Influence of ion-beam bombardment on the physical properties of 100Cr6 steel”. Materials Chemistry and Physics, v. 34, p. 1-8 (2014). DOI: 10.1016/j.matchemphys.2014.04.016.
  4. A.D. S. Côrtes, D. S. Silva, G. A. Viana, E. F. Motta, P. R. Zampieri, P. R. Mei and F. C. Marques. “Solar cells from upgraded metallurgical-grade silicon purified by metallurgical routes”. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 5, 023129  (2013) (9 pages). http://link.aip.org/link/doi/ 10.1063/1.4800200

3. Comente os pontos positivos de ser um participante do nosso Instituto.

O trabalho em rede tem vários pontos positivos. Em nosso projeto Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies destaco a organização de eventos científicos, que têm sido realizados em simpósios nos encontros da SBPMat. Outra função importante do Instituto tem sido a distribuição de bolsas dentro do projeto a partir de uma cota geral da equipe como um todo onde é considerado o mérito das solicitações. Destaco também as parcerias que são desenvolvidas entre os laboratórios e os mecanismos de divulgação dos trabalhos do INCT realizado no Boletim Engenharia de Superfícies, que dá visibilidade aos nossos trabalhos não apenas no meio acadêmico, mas também para a sociedade.

 


Laboratório em destaque: seção UCS do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies – processamento a plasma e caracterização de superfícies no laboratório e em empresas de base tecnológica.

25/07/2014

plasmaO Programa de Pós-Graduação em Materiais da UCS, sede da seção UCS do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, completa seus 10 anos de existência em agosto deste ano, comemorando também seus quase 100 mestrados defendidos, seu curso de doutorado aprovado em 2011 e a nota 5 obtida na última avaliação da CAPES.

Na área de Engenharia de Superfícies, o PGMAT iniciou os trabalhos em 2005 com um pequeno equipamento de nitretação a plasma com fonte DC contínua, construído no próprio laboratório. Hoje conta com os seguintes equipamentos de processamento de superfícies: nitretadora/oxidadora a plasma, sistema de pulverização catódica DC e RF (magnetron sputtering) e sistema de evaporação por feixe de elétrons (ion platting).

Em 2008, a equipe de professores do PGMAT foi muito ativa na iniciativa de reunir grupos de pesquisa de Engenharia de Superfícies do país e elaborar o projeto para o edital do Programa INCTs do CNPq que originou nosso Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies.

Desde então, o PGMAT da UCS tem crescido significativamente na análise (caracterização) de superfícies. Além de trabalhar com equipamentos usuais da área de Materiais (MEV, DRX, espectrômetro de infravermelho por transformada de Fourier), o PGMAT vem desenvolvendo competências na técnica GD-OES, que realiza levantamentos qualitativos e quantitativos dos elementos químicos presentes nas amostras em função da profundidade e no uso do nanoindentador, que permite mensurar o atrito e a dureza de uma amostra na escala nanométrica. O PGMAT/ seção UCS do Instituto possui um dos dois únicos equipamentos de GD-OES da América Latina, e com ele tem desenvolvido tanto trabalhos acadêmicos, alguns em colaboração com outros laboratórios do Brasil e Argentina, quanto estudos para empresas.

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Equipamento de GD-OES,um dos dois únicos da América Latina.

 

Para implantar a infraestrutura de pesquisa em Engenharia de Superfícies, a seção UCS do nosso Instituto tem implementado um modelo de cofinanciamento que envolveu recursos de agências de financiamento públicas, da UCS e do setor industrial da região. A região de Caxias do Sul sedia um dos principais pólos metal-mecânicos do país e um crescente pólo da indústria plástica, entre muitos outros segmentos industriais.

A equipe da seção UCS do Instituto conta com cientistas de materiais, físicos, químicos e engenheiros, além de seus bolsistas de iniciação científica, mestrandos e doutorandos. Essa equipe multidisciplinar imprime aos trabalhos de pesquisa um equilíbrio entre a compreensão dos fenômenos de superfície e sua aplicação e transferência à indústria. Este último ponto tem ocorrido por meio das empresas criadas por estudantes e professores do PGMAT: a Plasmar Tecnologia que hoje atende mais de 200 clientes com seus tratamentos de superfície e a recém-fundada Fineza, que produz e comercializa produtos de casa e cozinha de aço inox revestidos usando tecnologias a plasma.

Ainda no campo das interações com a indústria, a seção UCS do Instituto tem realizado convênios e contratos com empresas como Bosch e Tramontina, bem como trabalhos para pequenas empresas da região. A seção UCS também participa do projeto com a Vale junto a outros laboratórios associados do Instituto.

Na parte de difusão do conhecimento, a seção UCS foi responsável por oferecer cerca de 30 palestras e seminários gratuitos para profissionais da indústria, estudantes de ensino técnico, graduação e pós-graduação e professores, com mais de mil participantes no total. Além disso, a seção UCS promoveu a publicação de mais de 50 notícias e artigos em veículos de comunicação da região de Caxias do Sul divulgando a seção UCS do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, suas ações e a Engenharia de Superfícies.

Pesquisas atuais em Engenharia de Superfícies

  • Atrito em nanoescala: entendimentos dos mecanismos de dissipação energética e modelagem do fenômeno de atrito em nanoescala.
  • Revestimentos DLC em aços: novas contribuições no entendimento da intercamada de adesão.
  • Eficiência energética em dispositivos mecânicos e eletromecânicos.
  • Revestimentos PVD sobre vidro para aplicações decorativas: entendimento da intercamada de adesão.
  • Tratamentos de superfície para ação bactericida.

Minientrevista com o coordenador da equipe do PGMAT no Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, professor Carlos Alejandro Figueroa

FigueroaCarlos A. Figueroa obteve em 2004 o diploma de doutor em Física pela UNICAMP, com um trabalho sobre as propriedades da superfície de ligas metálicas nitretadas. Durante o doutorado, realizou um estágio de pesquisa na ANSTO (Sidney, Austrália), onde se especializou em nitretação a plasma de alta tensão. Tem graduação em Ciências Químicas pela Universidade de Buenos Aires – UBA (Argentina).

É professor e pesquisador do Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas da UCS e sócio-diretor da Plasmar Tecnologia, empresa de tratamentos e revestimentos de superfície por plasma. Atuou como gerente Técnico e Comercial da Plasma-LIITS, empresa de nitretação por plasma incubada na Unicamp. Ganhou os prêmios PETROBRAS de Tecnologia (2013) enquanto orientador de um trabalho de iniciação científica; Pesquisador Gaúcho, categoria pesquisador na indústria (2011); Siemens de Ciência e Tecnologia, modalidade Energia (2008), e Santander de Ciência e Inovação, categoria Indústria (2007), entre outros. É membro do comitê editorial da revista científica Surface & Coatings Technology.

Até o momento, é autor de quatro patentes e 67 artigos publicados em revistas internacionais indexadas e com revisão por pares. Atua principalmente nos seguintes temas de pesquisa: materiais metálicos, caracterização de superfícies em nanoescala, modificação de superfícies por plasma, filmes finos para eficiência energética e revestimentos avançados para aplicação em transporte.

1. Quais foram, na sua avaliação, os principais resultados conseguidos por seu grupo no contexto do nosso INCT?

Existe uma diversidade de resultados:

  • Consolidação de colaborações com diferentes participantes do Instituto (PUC-Rio, UNICAMP, UFRGS, etc.).
  • Projeto Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies – VALE (atender demandas corporativas).
  • Criação da primeira spin-off corporativa (Fineza) a partir de um trabalho de mestrado com corpos de prova feitos na Plasmar Tecnologia. O sócio-fundador é o segundo empreendedor surgido no grupo com perfil técnico-científico e com empresa aberta e funcionando.
  • Serviços tecnológicos a grandes empresas como Bosch e Tramontina.

2. Escolha os artigos científicos mais destacados publicados por seu grupo no contexto do Instituto

  • Rovani, A. C.; Fischer, R. R.; Cemin, F.; Echeverrigaray, F. G. ; Basso, R. L. O.; Amorim, C.L.G.; Soares, G.V.; Baumvol, I.J.R.; Figueroa, C. A. “Effect of hydrogen on plasma post-oxidation of ferrous alloys“, Scripta Materialia, v. 62, p. 863 (2010). doi:10.1016/j.scriptamat.2010.02.024
  • Milani, R.; Cardoso, R.P.; Belmonte, T.; Figueroa, C. A.; Perottoni, C.A.; Zorzi, J.E.; Soares, G.V.; Baumvol, I.J.R. “Nitriding of yttria-stabilized zirconia in atmospheric pressure microwave plasma“, Journal of Materials Research, v. 24, p. 2021 (2009).DOI: 10.1557/JMR.2009.0245
  • Aguzzoli, C.; Marin, C.; Figueroa, C. A.; Soares, G. V.; Baumvol, I. J. R. “Physicochemical, structural, and mechanical properties of Si3N4 films annealed in O2“, Journal of Applied Physics, v. 107, p. 073521 (2010). doi:10.1063/1.3359655

3. Comente os pontos positivos de ser um participante do nosso Instituto.

O Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies é o maior espaço comum da ciência e tecnologia brasileira com foco em Engenharia de Superfícies. Participar deste pioneiro instituto é contribuir para entender e solucionar problemas da área de superfícies em termos científicos e/ou tecnológicos trabalhando em equipe com cientistas de destaque nacional e internacional. Essa diversidade gera uma riqueza única na solução de problemas complexos.


Eficiência energética em carros terá incentivos fiscais: oportunidade para a engenharia de superfícies.

04/10/2012

Parabéns ao Governo e, em especial, ao Ministro de Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior pela medida publicada no Estadão de hoje:

Economia de combustível pode ser obtida, por exemplo, reduzindo o atrito entre as partes móveis dos motores.

“Montadoras com eficiência energética terão incentivos, diz Pimentel.
O ministro do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC), Fernando Pimentel, informou nesta quinta-feira que a indústria automotiva brasileira terá que reduzir o porcentual de consumo médio de combustível por quilômetro rodado dos carros”.

(…)

Esta medida está em total consonância com dois eixos básicos:

1º) diminuir as emissões de CO2 à atmosfera via eficiência energética e

2º)  aumentar a competitividade da indústria brasileira via inovação tecnológica.
O Brasil já possui o conhecimento necessário para resolver estes desafios tecnológicos.

Além das melhorias que podem ser feitas no projeto aerodinâmico e mecânico e na seleção de materiais mais leves, a redução de perdas energéticas de peças técnicas é um dos temas da engenharia de superfícies. Já existem grupos reconhecidos e empresas que trabalham neste segmento do conhecimento e do mercado, respectivamente, e que podem ajudar a realizar as inovações tecnológicas necessárias.

Acredito que esta é uma nova oportunidade para uma interação produtiva da cadeia brasileira de inovação em engenharia de superfícies.

Vejam a notícia na íntegra: http://economia.estadao.com.br/noticias/economia%20brasil,montadoras-com-eficiencia-energetica-terao-incentivos-diz-pimentel,129384,0.htm

Até a próxima,

Carlos A. Figueroa


Tribo Flex – um ano de tramitação na Fapesp

07/01/2011

Tribo Flex: reuniões mensais enquanto o projeto tramita.

No dia 23 de dezembro de 2010 completou um ano a tramitação do projeto de Tribologia de Motores Flex Fuel na FAPESP.

Nem sim nem não, mas a resposta da FAPESP já não é o que mais importa neste caso. Quando um projeto de inovação que congrega empresas do porte da GM, PSA, RENAULT, VW, MAHLE, PETROBRAS, FPT e três universidades paulistas tramita por um ano (pelo menos), fica evidente que há algo errado no sistema de P&D do Estado de São Paulo.

Uma negação expedita, digamos até abril do ano que finda, nos deixaria à vontade para recorrermos ao governo federal em busca de apoio. As sucessivas protelações nos trouxeram ao fim do mandato presidencial com conseqüente troca de postos nos órgãos federais, o que nos tolheu possibilidades de buscar ajuda no segundo semestre de 2010. Certamente, no início de 2011, quando as posições de mando nos órgãos federais estiverem estabelecidas, voltaremos a negociar neste âmbito.

Apesar da morosidade na tramitação, temos mantido reuniões mensais e conseguido fundos para o projeto. A PETROBRAS financiou um tribômetro multiuso adequado à avaliação de lubrificantes e de produtos de combustão que permitirá avanços experimentais ainda no primeiro semestre de 2011. Ao mesmo tempo, alguns dos temas do projeto vão avançando lentamente com verba de outros financiamentos ou com bolsas da mesma FAPESP. Transmitimos seguidamente às empresas que não se trata de descaso nem de desinteresse do governo paulista em apoiar o estudo da tribologia de motores FLEX, uma vez que há muitos usineiros no governo e todos interessados em expandir o uso do álcool combustível.

Ao mesmo tempo que sabemos dizer o que talvez não seja a causa, não sabemos dizer qual é a mesma. Pelo sim, pelo não ou ao menos para mudar de ares, a próxima reunião será dia 27 de janeiro em Curitiba, terra de RENAULT, na Universidade Técnica Federal do Paraná. Com isso avançaremos no caráter nacional de projeto, o que talvez nos permita recorrer com mais propriedade ao financiamento federal.

Amilton Sinatora


Ganha-ganha no trabalho universidade-empresa

30/09/2010

Análise científica de falha de uma peça da indústria gerou papers, além de respostas para a empresa.

Falhas prematuras em peças e componentes industriais provocam perdas econômicas e atrasos no processo produtivo. Em conseqüência, do ponto de vista da empresa, vale a pena realizar estudos detalhados visando a compreensão da(s) causa(s) do problema. Do ponto de vista do pesquisador, o problema real pode colocar interessantes desafios tecnológicos para resolver dentro de um tempo limitado.

Dessa maneira, o fato de uma peça ter uma vida útil significativamente menor à prevista pode ser um ponto de partida para um trabalho colaborativo universidade-empresa do tipo ganha-ganha: a empresa obtém uma resposta que pode ajudá-la a resolver o problema e o pesquisador desenvolve conhecimento e aumenta sua produção científica. Tal foi o caso de um estudo que recentemente realizamos no Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, mais precisamente, na seção UCS (Caxias do Sul – RS), localizada num pólo nacional de fabricantes de moldes e matrizes.

A empresa, que já tinha procurado a ajuda da universidade sem sucesso, nos apresentou seu problema: o molde tinha durado apenas 15% do previsto. Levantamos junto à empresa as condições de fabricação e operação da peça, fizemos uma inspeção detalhada do molde e partimos para as observações iniciais no microscópio óptico.

Em seguida, dois doutores fomos ao microscópio eletrônico de varredura, que tem capacidade de análise de composição química por EDX, onde passamos quatro dias analisando detalhada e rigorosamente as imagens. A conclusão foi que a primeira hipótese, apontada pelas observações iniciais, não era a verdadeira causa da falha.  Dito numa linguagem do universo das indústrias, o estudo apontou que a causa principal da falha era o uso de uma pedra enxofrada nos processos de pós- eletroerosão e polimento do molde.

Os resultados do estudo foram informados à empresa e, com consentimento dela, foram apresentados num encontro nacional da cadeia de ferramentas, moldes e matrizes  (o Moldes 2010, da ABM) e publicados num periódico internacional de qualis A1 na área de Materiais.

Uma breve e produtiva experiência de interação com empresas.

Referências do artigo:

S. Corujeira Gallo, Carlos A. Figueroa and Israel J.R. Baumvol. Premature thermal fatigue failure of aluminium injection dies with duplex surface treatment.  Materials Science and Engineering: A. Article in Press, Accepted Manuscript. doi:10.1016/j.msea.2010.08.048