A argila - mais resistente que o diamante

Argila pode dar novas propriedades e tornar o plástico biodegradável
Da redação
07/09/2001

Pesquisadores da Penn State University (EUA) produziram plásticos com propriedades físicas totalmente novas, além de serem biodegradáveis. O efeito foi conseguido com a dispersão de pequenas quantidades de argila natural micronizada durante o processo de produção.

A adição da argila tornou o plástico menos permeável a líquidos e gases e mais resistente ao fogo, além de manter sua transparência. A menor permeabilidade pode tornar o plástico PET, utilizado em garrafas de refrigerantes, adequado também ao armazenamento de cerveja e vinho. A maior resistência ao fogo pode tornar o método de larga utilização na indústria, principalmente na produção de revestimentos para cabos e fios. Isso porque os métodos atuais de produção de plásticos resistentes ao fogo utilizam bromo; esse metalóide retarda a combustão mas, caso chegue a se queimar, produz gases altamente tóxicos.

Para que o polímero possa se misturar quimicamente com a argila, esta deve ser inicialmente tratada com um sulfactante. As pesquisas estão utilizando argilas naturais, como bentonita e montmorilonita. Mas os pesquisadores acreditam que produtos de maior valor agregado poderão exigir argilas sintéticas, devido ao maior controle sobre suas propriedades.


Cerâmica densa em formatos complexos
Da redação
01/11/2002


Pesquisadores desenvolveram um novo processo para a produção de cerâmica densa em formatos complexos. A descoberta permitirá a construção de peças mais duras, mais leves e a custos mais baixos.

A técnica, chamada DCP ("Displacive Compensation of Porosity"), utiliza uma reação química entre um metal fundido e a cerâmica porosa para gerar um novo compósito. A técnica preenche os minúsculos poros da cerâmica com mais material cerâmico. A peça resultante é super densa, mas mantém seu formato original.

Segundo Ken Sandhage, professor de Ciência dos Materiais na Ohio State University (Estados Unidos) e criador da técnica, a tecnologia permitirá a construção de exaustores para foguetes, coletes à prova de balas e ferramentas, tudo mais duro, mais eficiente e mais leve.

A indústria poderá produzir cerâmicas resistentes ao calor através do novo processo, mais simples e mais barato do que os métodos convencionais, uma vez que ele necessita de temperaturas mais baixas e elimina a necessidade de um pós-processamento. A primeira etapa, de produção de cerâmicas porosas com desenhos complexos, é bem conhecida da indústria.

Blindagens e coletes à prova de balas já são construídos com cerâmica, porque este material é mais leve e mais duro do que os metais. A nova técnica permitirá um aprimoramento dessas qualidades.

O Dr. Sandhage disse que a indústria poderá criar armaduras pessoais finas, leves e fortes com a utilização de cerâmica densa, como o carbeto de boro. Até agora isso não era possível, já que esse tipo de material é muito difícil de ser moldado.

Com a técnica DCP, a equipe de pesquisadores conseguiu criar compósitos contendo alguns dos materiais mais duros conhecidos, como carbetos de boro, zircônia, háfnio e titânio.

Nos testes, os cientistas criaram um objeto curvo, adaptado ao corpo humano, a partir de carbeto de tungstênio, um pó cerâmico utilizado em ferramentas e abrasivos. Então eles mergulharam a peça em uma liga de cobre-zircônia fundida. "O carbeto de tungstênio sugou o metal líquido como uma esponja suga a água." disse o Dr. Sandhage.

A temperaturas entre 1.200o C e 1.300o C, o metal e a cerâmica reagiram quimicamente no interior do material poroso, produzindo um carbeto de zircônia-tungstênio. Normalmente este compósito é criado a temperaturas acima de 2.000o C e sob pressões muito altas. O compósito é também muito leve, pesando cerca de 40 por cento menos do que o tunsgtênio puro.


Cerâmica super-elástica
Da redação
25/09/2001


Terça-Feira, 25/09/2001
Pesquisadores do National Institute for Materials Science, em Tsukuba, no Japão, anunciaram a descoberta de uma cerâmica super-plástica, capaz de manter a nova forma após esticada até dez vezes seu tamanho original.

Mesmo as cerâmicas plásticas até agora conhecidas quebram se manipuladas muito rapidamente. O novo material pode ser manipulado até mil vezes mais rapidamente sem se partir. A descoberta abre novas perspectivas para a utilização de técnicas de moldes, tradicionais em metais e polímeros, também para materiais cerâmicos.

As cerâmicas são principalmente formadas por silicatos; cerâmicas especiais contém vários elementos, inclusive metais, em diferentes proporções. O maior objetivo desses elementos é retirar o comportamento quebradiço que as cerâmicas comuns apresentam. Dada sua grande resistência a altas temperaturas, as cerâmicas já são largamente utilizadas em motores e turbinas. Mas a principal característica da cerâmica super-plástica descoberta no Japão está em suas características físicas e não nas químicas. A plasticidade ocorre quando os grãos formadores do material conseguem deslizar uns sobre os outros. Quanto menor forem os grãos, maior plasticidade o elemento apresenta. A cerâmica apresentada possui grânulos de um micrômetro de diâmetro.

NanoWalker: o primeiro soldado de um exército de nano-robôs Da redação09/09/2001
"Imagine um exército de centenas ou mesmo milhares de robôs, operando de maneira totalmente autônoma em escala atômica e executando comandos recebidos de um computador central através de um protocolo de transmissão de dados ultra-rápido." Assim começa o trabalho de divulgação do NanoWalker, um robô que será capaz de dar 4 mil passos por segundo, executar 48 milhões de operações e fazer 200.000 medições precisas em escala atômica, transmitindo e recebendo instruções a 4 Megabits.
O trabalho, em desenvolvimento no MIT ( Massachusetts Institute of Technology ), já possui protótipos capazes de andar 20 centímetros por segundo. Como cada salto dado pelos robôs atingem 50 micrometros de distância, eles dão 4.000 saltos por segundo. Mas eles não são sempre apressados. Os nanorobôs podem andar ao invés de saltar. Nesse caso o deslocamento é bem mais lento, com cada passo medindo cerca de 30 nanômetros. Mas o objetivo não é a pressa ou o passo largo. Ao contrário, quanto menor o passo, mais preciso é o deslocamento do robô e, portanto, mais precisas as medições que ele fará. Apenas para se ter idéia das dimensões consideradas; se se conseguir atingir, por exemplo, a velocidade de 4 nanômetros por segundo, o robô estará andando exatamente na velocidade do crescimento de um fio de cabelo humano.
O NanoWalker é um MEMS (Micro-Electro-Mechanical System - Micro sistema eletro-mecânico) medindo alguns décimos de milímetro. As pernas são feitas de tubos de cerâmica piezoelétrica. Ao contrário das recentes experiências com robôs autômatos, o NanoWalker está sendo projetado para executar tarefas muito precisas e altamente sofisticadas, como manipulação de DNA, por exemplo. Além disso, ele deve conter toda a parte eletrônica destinada a receber e transmitir informações por infra-vermelho, além de controlar o próprio robô. E não é uma tarefa simples. O NanoWalker tem uma estrutura de apenas 3 pernas. Quando uma perna se move, o robô se torna instável. Para não cair, a cada passo complexos algoritmos são utilizados para calcular os diversos parâmetros, como distância e velocidade do deslocamento, o ângulo de cada perna e mesmo qual perna deverá se mover a seguir. Mas a complexidade da eletrônica embarcada compensa, ao dar velocidade e precisão aos movimentos.
A cerâmica utilizada nas pernas do NanoWalker é um composto (titanato zirconato de chumbo) cuja propriedade de modificar as dimensões pela aplicação de uma corrente elétrica é bastante conhecido no mundo da robótica. Mas a velocidade de movimentação do NanoWalker realmente impressiona. Para atingí-la, os algoritmos do programa controlador do robô devem cuidar da tensão e da corrente aplicadas a cada eletrodo, além da duração dos pulsos elétricos. Cada perna possui 4 eletrodos. Atuando em pares de eletrodos, o programa pode dar ao robô total mobilidade, inclusive com mudanças repentinas de direção.

Placas circulares de cerâmica produzem transformadores melhores
Da redação
07/09/2001

Computadores de mão mais finos e televisores sem tubos de raios catódicos poderão ser possíveis com uma simples modificação na geometria dos transformadores. A melhoria viria do aumento de sua capacidade de conversão, sem aumento de seu tamanho ou peso.

Os transformadores convencionais, utilizados em equipamentos eletrônicos, são pesados e geram um forte campo magnético que, sem blindagem, podem destruir dados de discos e fitas.
Um transformador típico baseia-se em duas bobinas de fio que convertem altas voltagens para baixas voltagens ou vice-versa. A taxa de conversão depende da relação entre o número de voltas de cada bobina. A eficiência desses transformadores cai à medida em que diminuem de tamanho.
Pesquisadas da Universidade da Pensilvânia (EUA) conseguiram resultados muito animadores ao trabalharem com um material piezoelétrico à base de chumbo, zircônia e titânio, dopado com manganês e cério. O formato circular da estrutura de sustentação das bobinas mostrou uma taxa de conversão de tensão de cerca de 60, comparado com a taxa de 40 vezes dos transformadores retangulares. O benefício pode ser percebido quando se leva em conta que a tela de um computador de mão exige cerca de 500 volts para ser ligada, mas exige apenas 300 volts para ser mantida ligada.
O material piezoelétrico se movimenta quando submetido a uma corrente elétrica (ou gera uma corrente quando comprimido subitamente). Aplicando-se pulsos de corrente em um lado do material, gera-se uma vibração nesse material, a qual é convertida em corrente alternada no outro lado.
Cerâmicas piezoelétricas como as utilizadas na experiência são produzidas por meio de sinterização convencional e os eletrodos podem ser impressos nas pastilhas. Os transformadores feitos com esse material são não apenas mais eficientes, menores e mais leves, mas também custam muito menos.
Mas os transformadores piezoelétricos não são a resposta para todos os problemas. À medida em que se aumenta a tensão, diminui-se a corrente; por isso os campos para sua aplicação não podem ser exigentes em termos de corrente. Um equipamento típico de Raio-X, por exemplo, exige até 10.000 volts e uns poucos amperes para operar.

Universidade paulista cria "chumbada ecológica" Agência Brasil20/05/2004
A consciência preservacionista tem na pesquisa científica e tecnológica um forte aliado, com o incremento de processos e materiais não poluentes. Exemplo disso é a criação de "chumbadas ecológicas", desenvolvidas no Laboratório Interdisciplinar de Eletroquímica e Cerâmica (Liec), integrado por pesquisados da Universidade Federal de São Carlos (UFScar) e do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista (Unesp), de Araraquara. O produto já está no mercado, pela Tecnicer, empresa de São Carlos.
Na fabricação das "chumbadas ecológicas" são empregados materiais como argila, areia e pó de pedra, os quais são biocompatíveis com o fundo dos rios e lagos, em substituição às tradicionais de chumbo, que contaminam a água e os peixes.
Na composição química das chumbadas cerâmicas entram 30% de alumina, 45% de sílica, 15% de ferro e 10% de cálcio. A empresa fornece o novo material para pesca por quilo ou em cartelas com 150 a 200 gramas, com folder institucional. Segundo a empresa, a aceitação no exterior tem sido boa.
Devido à diferença de densidade, as chumbadas cerâmicas precisam ser maiores que as tradicionais de chumbo, o que não impede que sejam usadas da mesma forma, com a vantagem de, por serem maiores, não enroscar nos mesmos lugares que as menores feitas de chumbo. As chumbadas cerâmicas perdidas no fundo de rios e lagos deterioram-se mais rapidamente, não contaminando a água e o solo.
Como todo metal pesado, o chumbo degrada-se muito lentamente no meio ambiente, persistindo durante décadas no solo e no fundo de rios, lagos e represas. Não é metabolizado pelos animais e sofre o processo de bioacumulação, afetando mais os animais do topo da cadeia alimentar, entre os quais está o homem.
O chumbo é comprovadamente carcinogênico (causa câncer), teratogênico (causa malformações estruturais no feto, baixo peso e/ou disfunções metabólicas e biológicas) e tóxico para o sistema reprodutivo (causa disfunções sexuais, aborto e infertilidade). A presença de quantidades elevadas de chumbo no sangue está relacionada a problemas neurológicos, com a falta de concentração e dificuldades na fala.

Nanocompósito poderá substituir o plástico sólido Da redação10/04/2002
Engenheiros da Universidade de Ohio descobriram uma maneira de construir um novo nanocompósito, uma espuma de plástico densa, a ponto de permitir a substituição do plástico sólido. A equipe descobriu ainda uma maneira prática de substituir os CFC (clorofluorcarbono) por dióxido de carbono na produção da espuma.
O professor de engenharia química L. James Lee, chefe da equipe, anunciou que ele e seus colegas descobriram uma espuma densa de plástico, reforçada com minúsculas partículas de argila. O material é um nanocompósito, mas mais leve que os equivalentes até agora estudados. Os nanocompósitos tradicionais são feitos de plástico sólido.
O objetivo da pesquisa é produzir uma espuma de plástico tão resistente que possa substituir o plástico sólido em aplicações estruturais, como os painéis de automóveis e aviões. O nanocompósito deverá ser mais leve, mas ter a mesma aparência do plástico sólido.
As espumas plásticas são todas produzidas a partir da injeção de gás (CFC) em plástico líquido a alta temperatura. O gás forma bolhas que expandem o material, o qual então se solidifica dentro de um molde.
Segundo o professor Lee, quando as bolhas de gás são menores e se espalham uniformemente pelo material, a espuma resultante é mais resistente. A descoberta consistiu em adicionar nanopartículas de argila no plástico quente, daí a classificação do novo material como um nanocompósito. Pequenas bolhas de ar tendem a se formar ao redor destas partículas, aderindo a elas. O resultado é que as bolhas são tão pequenas quanto possível, produzindo o resultado esperado. Enquanto as espumas tradicionais contém bolhas de várias centenas de micrômetros, as bolhas formadas no novo nanocompósito não passam de 5 micra.
A substituição do CFC por dióxido de carbono foi conseguida através do aquecimento do gás a 120ºC a uma pressão de 1.200 libras por polegada quadrada, fazendo com que ele atinja um estado chamado de fluido supercrítico. Estes fluidos apresentam comportamentos de gás e de líquido. Os resultados obtidos na produção da espuma com esse fluido são praticamente os mesmos conseguidos com os CFC, mas tornando o processo mais barato.