Imagem do mês de outubro. Entrevista com o autor.

28/10/2016

Folhas caídas na grama enfeitam a página do mês de outubro do calendário do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. Cada uma dessa folhas é, na verdade, um cristal de óxido de zinco (ZnO) de espessura nanométrica. As nanofolhas foram fabricadas na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) visando à sua aplicação como sensores de alta sensibilidade.

A imagem, antes de ser colorida digitalmente usando um editor de imagens, foi realizada num microscópio eletrônico de varredura (MEV) do Centro de Microscopia Eletrônica da UFRGS pelo vice-diretor do centro, o professor Daniel Lorscheitter Baptista. Mestre e doutor em Física pela UFRGS, com pós-doutorado na University of Cambridge (Reino Unido), Baptista foi pesquisador do Laboratório de Microscopia Eletrônica de Alta Resolução do INMETRO e, desde 2010, é professor do Instituto de Física da UFRGS. Na federal gaúcha, ele atua nos programas de pós-graduação em Microeletrônica e em Física. Além disso, é vice-diretor da Sociedade Brasileira de Microscopia e Microanálise (SBMM).

MEV de cristais de ZnO em formato de nanofolhas. Crédito: Daniel Lorscheitter Baptista, professor da UFRGS (RS).

Imagem MEV digitalmente colorida de cristais de ZnO em formato de nanofolhas.

A mesma imagem, antes de ser colorida.

A mesma imagem, antes de ser colorida.

Veja nossa breve entrevista com o professor Daniel.

Boletim Engenharia de Superfícies: – Conte-nos um pouco sobre o contexto em que foi gerada a imagem.

Prof. Daniel Lorscheitter Baptista.

Prof. Daniel Lorscheitter Baptista.

Daniel Lorscheitter Baptista: – A imagem foi obtida durante o processo de otimização da síntese de nanofios de ZnO em um reator desenvolvido na UFRGS. Era um projeto de síntese de nanomateriais para aplicações em sensoriamento de alta sensitividade, nas quais estima-se a detecção de moléculas em baixas concentrações (parte por bilhão – ppb). Nanoestruturas de óxidos metálicos apresentam grande variação em suas propriedades de transporte elétrico ao contato com moléculas em um determinado ambiente. Tal propriedade pode ser utilizada no desenvolvimento de sensores muito mais eficientes do que aqueles fabricados com materiais “bulk”. Áreas biomédicas e de monitoramento ambiental podem ser fortemente impactadas. O projeto foi desenvolvido sobre minha coordenação no âmbito do Edital CNPq “Programa Nacional de Nanotecnologia”.

Boletim Engenharia de Superfícies: – A imagem mostra nanofolhas de óxido de zinco. Elas são nano na espessura? Por que possuem esse formato de folha? Ele se formou espontaneamente? Como foram fabricadas?

Daniel Lorscheitter Baptista: – As folhas têm espessura nanométrica e são o resultado do crescimento do cristal hexagonal de ZnO através da nucleação em duas direções. O método de síntese chama-se VLS (vapor-líquido-sólido), sendo iniciado através da fase vapor do material desejado. Muitas vezes, “sementes” metálicas catalisadoras são utilizadas para auxiliar a nucleação. Em geral, o objetivo desse tipo de síntese é a formação de nanofios. Nesse caso, teríamos o crescimento do ZnO ao longo da direção rápida de crescimento [001], formando um fio com alta razão de aspecto (diâmetro nanométrico e comprimento micrométrico). Entretanto, dependendo das condições de síntese, outros pontos de nucleação podem favorecer o crescimento da estrutura em diferentes direções, formando nanoestruturas peculiares: “folhas”, “flores”, entre outras.

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

Daniel Lorscheitter Baptista: – É importante mencionar que a técnica de síntese descrita foi inicialmente utilizada por mim durante um estágio pós-doutoral no “Electronic Devices & Materials Group” na Universidade de Cambridge, UK. Todo o processo foi trazido de lá. Atualmente, expandimos a técnica e a montagem de novos reatores, trabalhando com diferentes materiais 1D e 2D.

Para entrar em contato com o professor Daniel Lorscheitter Baptista: dbaptista@gmail.com.

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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.


Jubileu de prata da nitretação iônica no Brasil – parte 2

28/01/2011
primeiro artigo sobre nitretação

Primeiro artigo publicado em revista nacional (Metalurgia, da ABM) sobre nitretação iônica, em 1991: repercussão na indústria.

primeiro equipamento nitretação

Primeiro equipamento de nitretação iônica construído na UFRN em 1985.

Gostaria de resgatar mais alguns dados históricos da nitretação iônica que tiveram importância na disseminação da técnica no Brasil, bem como seu desdobramento para o uso do plasma em outras aplicações industriais.

Em 1989 aconteceu o  I Seminário Brasileiro de Materiais Resistentes ao Desgaste, promovido pela ABM com apoio da Escola Politécnica – USP. Esse foi o primeiro palco de discussão da técnica para um público constituído por estudantes, pesquisadores e profissionais da indústria nacional. Lembro-me que nesse fórum apresentei um trabalho intitulado: “Desenvolvimento de um sistema para nitretação iônica”, no qual apresentei resultados ainda preliminares em aços inoxidáveis e aço carbono. Esse trabalho abriu discussões e motivou uma aproximação com profissionais de indústrias nacionais como a Ermeto S.A., Cofap e Brasimet.

A primeira possuía um problema bem definido, que consistia na nitretação de anilhas de aço inox, usada para engate rápido, recentemente desenvolvida pela empresa. Essas anilhas necessitavam “cravar” uniformemente, quando apertadas contra as paredes de um tubo de inox, para vedar saídas de fluídos. Quando as mesmas eram nitretadas por banho de sais, apresentavam camadas irregulares, inviabilizando a vedação. Com a nitretação iônica foi possível solucionar esse problema. Isso motivou a construção, pela empresa, de um protótipo com capacidade para nitretar 1500 peças/batelada.  O reator foi desenhado, construído e montado em Jundiaí. A fonte, de 40 kW, também foi desenvolvida na própria empresa. Participei como consultor na montagem e testes preliminares. Os testes foram positivos, necessitando de pequenos ajustes no sistema de refrigeração, quando necessitava usar mais de 40% da capacidade de potência. Infelizmente, por questões econômicas, o projeto foi abortado e a consolidação do primeiro equipamento industrial genuinamente nacional não ocorreu.

As empresas Cofap, representada na época pelo eng. Jan Vatavuk, e a Brasimet, representada pelo eng. João Vendramin, tiveram também uma participação importante na disseminação da técnica no Brasil. Foram eles que “costuraram” a vinda, em 1994, do primeiro equipamento industrial de nitretação, o qual foi adquirido pela Brasimet. Também nesse período foi adquirido outro equipamento semi-industrial pela Universidade de Mogi das Cruzes (UMC), tendo o Prof. Carlos Pinedo e esses engenheiros como principais articuladores de um evento que reuniu mais de 70 engenheiros de empresas para divulgar o serviço disponível naquela instituição.

Nesse período (90-94) aconteceram muitos fatos importantes também na academia. O DEMa-UFSCar construiu um equipamento de plasma pulsado, que era parte do tema do meu doutorado. Mais dois equipamentos semelhantes foram em seguida construídos para a EESC-USP e DF-UFSCar. Por outro lado, a UFSC produzia grande número de teses e dissertações, algumas delas desenvolvidas em empresas como Embraco e Lupatech, que resultaram em parcerias com a indústria e disseminaram novos grupos de pesquisa. A UFRGS produzia trabalhos com base na implantação iônica de nitrogênio em aços, o que culminaria na área de nitretação iônica. Também outras instituições que possuíam facilidades para o desenvolvimento de pesquisas em plasma, como fontes de alta tensão, sistemas de vácuo, espectrômetros de emissão, entre outras, passaram a desenvolver pesquisas na área. Esses são os casos do ITA-INPE (São José dos Campos), Unicamp e USP-SP.

Atualmente a técnica está completamente disseminada no país, com 4 grupos na região nordeste, 1 na região centro-oeste, 15 na região sudeste e 10 na região sul, que formam os pilares para aplicação da tecnologia de plasma em diferentes aplicações.

Clodomiro Alves Junior
Professor titular – UFRN

Veja a parte 1 de “Jubileu de prata da nitretação iônica no Brasil”


Engenharia Física

30/11/2010

O Simpósio Brasileiro de Engenharia Física ocorreu neste ano em Porto Alegre.

De 1 a 3 de novembro foi realizado em Porto Alegre o VI Simpósio Brasileiro de Engenharia Física com o título: “Oportunidades para a indústria de base tecnológica no pais”. O Simpósio Brasileiro de Engenharia Física tem sido um importante fórum de discussão entre os setores acadêmico e industrial a respeito da carreira de engenheiro físico e das várias formas de atuação desse profissional nos setores de pesquisa, desenvolvimento e inovação tecnológica das empresas.

As cinco edições realizadas até 2009 ocorreram em São Carlos, no campus da UFSCAR.  Neste ano o evento realizou-se em Porto Alegre em virtude da abertura do curso de Engenharia Física na Universidade Federal do Rio Grande do Sul neste mesmo ano.

Os principais objetivos do simpósio foram: identificar desafios enfrentados pela indústria de base tecnológica no Brasil que estejam intimamente ligados à Engenharia Física, divulgar aos estudantes de Engenharia Física as áreas de atuação de maior interesse por parte das empresas, divulgar a Engenharia Física junto a um número crescente de empresas (potenciais parceiros/empregadores), propiciar o contato de estudantes e professores entre si e com potenciais parceiros ou empregadores, integrar os diferentes cursos de Engenharia Física existentes e em planejamento no país.

Foi possível ouvir empresas e instituições de diferentes portes, algumas incubadas em universidades, e aprender sobre as várias oportunidades de atuação do engenheiro físico, que é uma profissão ainda nova no país, embora seja bem estabelecida em outros lugares. Tivemos também palestras de engenheiros físicos já formados na UFSCAR que contaram suas experiências profissionais e onde estão atuando no momento. O Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies esteve presente apoiando o evento e também por meio de uma palestra do pesquisador Carlos Figueroa. Em sua palestra, Figueroa falou sobre o Instituto e também sobre sua experiência como empreendedor na empresa Plasmar Tecnologia, incubada na Incubadora Tecnológica de Caxias do Sul. Foi muito interessante ver como a interação academia-empresa pode funcionar bem e dar frutos de novos empreendimentos.

A próxima edição do simpósio ainda não tem data definida, mas deve ocorrer na sua casa de fundação em São Carlos.

Gabriel Soares