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Aplicações de novos materiais avançados no Brasil

A dependência da civilização humana do desenvolvimento e aplicação de novos materiais é um aspecto característico do processo de progresso contínuo desde o começo da nossa história até os dias de hoje. A importância dos materiais em nossa vida é tão marcante que os levaram a servir como marco temporal de diferentes etapas da evolução da civilização, como fica evidente com as chamadas Idade do Cobre, Idade do Bronze e Idade do Ferro. A Idade do Cobre ocorreu por volta de 6 mil anos atrás, quando o homem adquiriu conhecimentos para o desenvolvimento de técnicas para derreter e moldar o cobre. Usavam moldes de pedra ou barro para colocar o cobre derretido para a produção de armas e utensílios para uso doméstico (é claro que a finalidade principal eram as armas).

A Conformação por martelamento era usada para moldar estes objetos. A idade do bronze começa por volta de 4 mil anos atrás; este era um metal mais resistente que o cobre, feito  a partir da mistura do cobre com o estanho. Espadas, capacetes, martelos, lanças, facas, machados e outros objetos de bronze começaram a ser fabricados neste período, marcando uma época de grande avanço tecnológico. Na Idade do Ferro – por volta de 3,5 mil anos atrás – o homem já dominava muito bem a metalurgia e usando habilmente fornos em altas temperaturas puderam fabricar o ferro. Com o ferro, o homem passou a desenvolver principalmente armas mais resistentes. Desta forma a habilidade de fundir e trabalhar os metais foi decisiva no desenvolvimento e na glória das mais variadas civilizações desde épocas remotas.

Mais recentemente e em grande parte devido à influência da corrida espacial, a relevância dos materiais no desenvolvimento tecnológico tem aumentado de maneira significativa, elevando-os inclusive a um patamar de fator determinante na introdução de novas tecnologias e agentes fundamentais do processo de inovação tecnológica e industrial da engenharia de materiais.

A corrida espacial foi responsável foi responsável pelo desenvolvimento de vários materiais avançados

A corrida espacial foi responsável foi responsável pelo desenvolvimento de vários materiais avançados

A corrida espacial foi responsável, só para citar alguns exemplos, pela invenção de telhados menores, que foram feitos emfibra de vidro com teflon, material desenvolvido por volta de 1970; em lentes de óculos-de-sol desenvolvidas com base no material utilizado nos capacetes dos astronautas (a marca Ray-ban utiliza esta tecnologia desde 1988); e na preservação de obras de arte:as “polyamidas” testadas pela NASA são atualmente utilizados para proteger estátuas de bronze da corrosão.Uma simples observação de nosso cotidiano revela a importância dos materiais em áreas tão diversas como energia, telecomunicações, saúde, defesa e meio ambiente, entre outras.

É mais que evidente a grande importância representada pelo domínio do desenvolvimento científico e tecnológico de materiais avançados para um país com intenções de se elevar a um patamar representativo diante de outras nações mundiais. Recentemente foi lançada pelo governo brasileiro uma publicação resultante de um esforço conjunto do CGEE (Centro de Gestão e Estudos Estratégicos) e da comunidade de cientistas e engenheiros interlocutores no âmbito do Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT), sobre um estudo prospectivo sobre Materiais, visando-se até obter base para as estratégicas de definições de políticas de financiamentos apropriadas para o desenvolvimento cientifico e tecnológico. Este estudo selecionou para análise oito temas voltados para materiais avançados em : defesa nacional e segurança pública; aplicações em eletrônica, magnetismo e fotônica; energia; atividades espaciais; meio ambiente; recursos naturais, minerais e biológicos; saúde médico-ondotológica; e tribologia. A seguir é apresentada a descrição sucinta de cada tema feito pelos autores do trabalho:

engenharia-mateirais-seguranca“Em defesa e segurança publica, o Brasil não pode deixar de se posicionar estrategicamente e de forma categórica, no espectro das possibilidades econômicas e dos compromissos internacionais. Uns poucos programas tecnológicos arrojados na área de defesa poderão tornar-se importante contribuição de forma a gerar diferenciais de capacidades e competências dissuasórias. Tecnologias consolidadas, como soldagem entre metais e cerâmicas, também são gargalos importantes para o setor. Blindagem balística e eletromagnética, materiais metálicos e compósitos especiais, sensores avançados, e simulação computacional em ciência e engenharia de materiais são o foco deste trabalho que destaca os segmentos específicos possíveis de superarem barreiras econômicas e cerceamentos tecnológicos.”

Materiais avançados na eletrônica

engenharia-materiais-eletronica“Em eletrônica, os materiais avançados estarão no cerne das decisões sobre quais tecnologias são baseadas em princípios físicos fundamentais que, enquanto possibilitem a construção e manufatura de novos dispositivos nanometricos, sejam capazes de permitir a integração de arquiteturas e de operação com a tecnologia atual. Se roteiros estratégicos preveem a evolução da tecnologia de chips CMOS (complementary metal–oxide–semiconductor), até pelo menos o ano 2020, por muito tempo após isso ela deverá permanecer como um componente importante dos dispositivos eletrônicos, em uma transição de talvez varias décadas, ate que um novo paradigma tecnológico se torne dominante.”

Materiais avançados no magnetismo

ciencia-de-materiais-magnetismo“Em magnetismo, nunca antes a vida das pessoas foi tão significativamente dependente do desenvolvimento de novos materiais com propriedades magnéticas especiais. Em muitos aspectos, a sociedade é dependente de processos automatizados que usam materiais ferromagnéticos em quase todas as atividades essenciais. A capacidade de controlar o crescimento de filmes finos e multicamadas em escala atômica, que se atingiu na área de semicondutores, se verifica na área de magnetismo. Os novos materiais devem ser aperfeiçoados para evitar agressão ambiental, devem ser limpos e gastar pouca energia. Uma das aplicações mais promissoras e no desenvolvimento de refrigeradores magneto-calóricos, que poupam energia e evitam o uso de substancias baseados nos clorofluorcarbonos, que destroem a camada de ozônio.”

Materiais avançados na fotônica

engenharia-materiais-fotonica“Em fotônica, o século 21 vivenciara incomparáveis impactos tecnológicos na sociedade. Isso devido ao amplo leque de produtos inovadores, como em: mostradores (usados em televisores, câmeras fotográficas, telefones celulares); em sensores de alta sensibilidade (para pesquisa cientifica, monitoramento de ambientes limpos, medicina e diagnostico, e sistemas de segurança); em dispositivos luminescentes e células solares de alta eficiência; em lasers industriais para processamento de materiais; e nas tecnologias de informação e comunicação. A biofotônica no Brasil, em particular, fortalecerá seu papel de provedor de alimentos para o mundo.”

Materiais usados em aplicações espaciais

engenharia-mateirias-aplicacoes-espaciais“Em aplicações espaciais, os materiais empregados servem as funções de estrutura, propulsão, proteção térmica, sensoriamento e controle da condição operacional dos sistemas de voo. Foguetes de sondagem, veículos lançadores de satélites e satélites para diversas aplicações, todos em atendimento ao PNAE (Programa Nacional de Atividades Espaciais), e suas dependências em materiais avançados são objeto de recomendações aqui contidas e validadas por instituições oficiais do Programa. Os subsídios orbitam uma diretriz institucional do setor que almeja a criação de uma empresa integradora para sistemas espaciais, capaz de reunir e consolidar diversas tecnologias amadurecidas sob forma de produtos inovadores que possam ser utilizados com dualidade de emprego civil e de defesa.”

Aplicação de materiais em energia

ciencia-de-materiais-energia“Em energia, o aumento da demanda (somado ao crescente apelo por fontes renováveis, eficientes, com emissões de gases de efeito estufa reduzidas e segurança no fornecimento energético) impulsiona o desenvolvimento de tecnologias de geração de eletricidade. São descritas, então, as principais necessidades de desenvolvimento de materiais nas frentes de produção em biocombustíveis; eletricidade solar; energia nuclear; energia eólica; produção e armazenamento de hidrogênio; e células a combustível. Alguns destaques vão para a fabricação de filmes e de camadas finas; o desenvolvimento de ligas metálicas especiais; desenvolvimento de materiais cerâmicos estruturais; cerâmicas elétricas; materiais refratários; catalisadores resistentes a desativação; compósitos estruturais reforçados com fibras; materiais para separação; combustíveis nucleares e semicondutores.”

A tendência de materiais voltados ao meio ambiente

“Em meio ambiente, o Brasil poderá exibir nas próximas décadas um caráter de ancora tecnológica e contribuir em escala mundial na remediação de uma serie de problemas do planeta, seja em decorrência de causas naturais ou por efeitos antropogênicos, tais como: mudanças climáticas, elevação do nível do mar, presença de poluição atmosférica, extinção de espécies animais e vegetais, acidificação dos oceanos, destruição da camada de ozônio, degradação dos solos, chuva acida, destruição de habitats, super-exploração de recursos hídricos, contaminações por produtos químicos perigosos, contaminação microbiológica e derramamentos de hidrocarbonetos. Tais problemas ao mesmo tempo requerem investimentos no desenvolvimento e produção de materiais e tecnologias de materiais e também representam grandes oportunidades de investimentos pelo governo e pelo empresariado. “

Inovações em materiais com foco em recursos naturais

“Em recursos naturais minerais e biológicos, os recentes desenvolvimentos científicos e tecnológicos tem criado um elevado numero de oportunidades de criação de materiais avançados. Essas oportunidades respondem positivamente a necessidade de transição da economia atualmente baseada em matérias-primas e combustíveis fósseis para uma economia caracterizada pelo desenvolvimento sustentável e de baixo uso de carbono, que contribua para a mitigação das emissões de poluentes e, portanto, para a minimização das mesmas contribuições antrópicas já citadas. Com base em matérias primas abundantes ou renováveis, o leitor será norteado pelas importâncias de tópicos tecnológicos, tais como: caracterização de materiais avançados e de suas fontes naturais; rotas alternativas para produção de insumos básicos para fertilizantes; produção de materiais agroquímicos avançados; reaproveitamento de rejeitos da atividade mineral e do agronegócio, como insumos para produção de materiais avançados; e outros.”

Materiais no uso médico

 “Em saúde medico-odontológico, a politica de desenvolvimento produtivo vigente, que da sustentabilidade ao ciclo de expansão econômica, abriga metas como a redução do déficit comercial do Complexo Industrial da Saúde para U$ 4,4 bilhões até (o ano de) 2013 e desenvolvimento de tecnologias para produção local de 20 produtos estratégicos para o Sistema Único de Saúde até 2013. Destaques são dados às tecnologias de materiais, servindo, portanto, aos implantes ortopédicos; próteses endovasculares; materiais dentários; nanoestruturas para diagnostico e tratamento de doenças; materiais carreadores para sistemas de liberação controlada; e materiais para engenharia tecidual. Cruciais para o desenvolvimento de qualquer setor, as acoes institucionais a serem efetivadas nessa, e nas demais áreas de materiais, incluem a formação de recursos humanos, que devem incluir especializações e cursos técnicos em scale-up e em gestão tecnológica.”

Usos e aplicações na tribologia

“Em tribologia, uma área multidisciplinar (de grande interesse industrial quanto ao domínio cientifico e tecnológico dos fenômenos inerentes aos movimentos relativos de superfícies) as perdas econômicas e o impacto ambiental pelo efeito negativo dos atritos e desgastes chamam atenção nas estatísticas. Cerca de 1 a 6% do produto interno bruto de países desenvolvidos são desperdiçados no desgaste tribológico. 20% dessas perdas podem ser evitadas com aplicação do conhecimento já existente em desgaste, atrito e lubrificação. O relato dos especialistas aponta para a necessidade de se implementar programas estáveis de formação de recursos humanos em tribologia com o estabelecimento de metas a serem cumpridas pelos grupos acadêmicos operando em rede de alcance nacional.”

Fonte: Livro “Materiais Avançados no Brasil 2010-2022” Uma publicação do Centro de

Gestão e Estudos Estratégicos, de 2010, disponível no endereço: //lnnano.cnpem.br/wp-content/uploads/2012/01/Livro_Materiais_Avancados_2010_CGEE.pdf.

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Escrito por Bruno Spirandeli

Bruno Roberto Spirandeli Mestra e doutorando em Ciência e Engenharia de Materiais

Um comentário

  1. INGLB em estudos climáticos no Brasil pesquisa na politica geográfica
    De implemento com nanoreg os materiais e sua grometria dos asbesto
    Nas caixas de agua como os PCBs.

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