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Aplicações Industriais da Luz Síncrotron

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Para responder às atuais necessidades da sociedade e da economia as empresas precisam constantemente olhar “através” da estrutura dos materiais, seja para desenvolver novos produtos e processos ou para melhorar os que já existem, tornando-os cada vez mais eficientes e baratos. As fontes de luz síncrotron têm sido aliadas do setor produtivo mundial, auxiliando nestes desafios.

Pesquisas feitas com uso de síncrotron já beneficiaram o desenvolvimento de inúmeros produtos e componentes, de fraldas para bebês a turbinas para aeronaves. Elas já foram – e ainda são – usadas no desenvolvimento de baterias mais duráveis, resistentes e baratas para carros elétricos, celulares e laptops e para o desenvolvimento de novos semicondutores, capazes de aumentar a eficiência de células solares orgânicas para a produção de energia elétrica.

Entre as maiores empresas dos EUA, de acordo com o ranking da revista Fortune, pelo menos 32 delas utilizam síncrotron em seus produtos. Exxon Mobil, Chevron, General Electric, Ford Motor, HP, GM, IBM, Boeing, Johnson & Johnson, Pfizer, Novartis, Intel e 3M estão entre essas empresas.

Empresas dos setores de Agricultura, Industria e Serviços podem utilizar as estações experimentais (chamadas de Linhas de Luz) da atual fonte de luz síncrotron UVX do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) para a solução das necessidades de pesquisa, desenvolvimento e inovação (P&D&I). Abaixo, estão alguns exemplos dessas possíveis aplicações industriais:

AGRICULTURA E MEIO AMBIENTE


Na agricultura, a luz síncrotron pode ser usada para análise do solo, para o desenvolvimento de fertilizantes mais eficientes e baratos e, ao mesmo tempo, menos agressivos ao meio ambiente e à saúde. Ela tem aplicação, também, no mapeamento da concentração, biodisponibilidade e localização de nutrientes em espécies vegetais. Abaixo estão alguns exemplos de aplicações industriais em Agricultura e Meio Ambiente das estações experimentais do LNLS:

XAFS2A linha de luz XAFS2 de Absorção de Raios X pode ser utilizada na agricultura para a análise de solos e poluentes ambientais.
SXSA linha de luz SXS de Espectroscopia por Absorção de Raios X pode ser usada numa variedade de aplicações para o solo e ambiente, como a caracterização de minerais ricos em fósforo e potássio para o desenvolvimento e teste de novos fertilizantes.
IMXA Linha de luz IMX de Tomografia por Raios X tem entre suas aplicações a análise de rochas e solos para o desenvolvimento de aprimoramentos em Agricultura.
XRD1A Linha de luz XRD1 de Difração de Raios X é capaz de obter dados de alta qualidade de diferentes tipos de materiais, como na análise de solos e fertilizantes.
XRFA linha de luz XRF de Fluorescência de Raios X pode ser usada na análise de elementos químicos, sejam majoritários, minoritários ou mesmo traço. Dentro da ampla gama de aplicações estão a análise e caracterização de nutrientes em alimentos e de poluentes ambientais.

ENERGIA E MATERIAIS


Na área de energia, o uso de síncrotron permite o desenvolvimento de novas tecnologias de exploração de petróleo e gás natural, e no entendimento e desenvolvimento de materiais e sistemas para células solares, células combustível e baterias, bem como nas pesquisas de novos materiais mais leves e eficientes. Abaixo estão alguns exemplos de aplicações industriais em Energia e Materiais das estações experimentais do LNLS:

XAFS1A linha de luz XAFS1 de Absorção de Raios X é útil na caracterização estrutural de materiais como catalizadores, vidros, cerâmicas, polímeros híbridos e líquidos.
XAFS2A linha de luz XAFS2 de Absorção de Raios X pode ser usada para a caracterização de diversos materiais luminescentes, funcionais, magnéticos, supercondutores ou nanoestruturados para dispositivos como células de combustível e baterias, catalizadores, etc.
IR1A linha de luz IR1 de Nanoespectroscopia no Infravermelho pode ser usada no desenvolvimento de novos materiais opto-eletrônicos ou dispositivos fotônicos baseados em matérias 2D.
IMXA linha de luz IMX de Tomografia por Raios X tem entre suas aplicações a análise de rochas para otimização da exploração de óleo.
MX2A linha de luz MX2 de Cristalografia de Macromoléculas pode oferecer informações precisas sobre a constituição e estrutura atômica de macromoléculas, como enzimas e proteínas, revelando detalhes da interação entre substratos e enzimas, sugerindo rotas de melhoria ou inibição da ação de substâncias para a produção de biocombustíveis.
TGMA linha de luz TGM de Espectroscopia no Ultravioleta pode ser usada nas mais variadas aplicações industriais como o teste de materiais aeroespaciais sob condições simuladas de irradiação como a irradiação solar no espaço.
PGMA linha de luz PGM de Espectroscopia por Raios X moles pode ser usada, por exemplo, para o estudo das propriedades de novos materiais magnéticos, para acompanhar a evolução de reações químicas para o estudo de catalizadores, ou para a determinação de resíduos nos passos intermediários de processos litográficos em fabricação microeletrônica e micromecânica.
XPDA linha de luz XPD de Difração de Raios X em Pó permite a análise rápida e não destrutiva de misturas multicomponente sem a necessidade de preparação extensiva das amostras, possibilitando a caracterização de materiais para aplicações em metalurgia.
XRD1A linha de luz XRD1 de Difração de Raios X é capaz de obter dados de alta qualidade de diferentes tipos de materiais, como na análise de amostras de óleo e derivados para a indústria petroquímica.
XRD2A linha de luz XRD2 de Difração de Raios X é particularmente adequada para o estudo da estrutura de filmes finos e superfícies. Filmes finos se tornaram um importante ramo da tecnologia dos materiais sendo usado em muitas aplicações como microeletrônica, ótica, etc.
XDSA linha de luz XDS de Difração e Espectroscopia de Raios X pode cobrir uma vasta gama de aplicações para as quais seja essencial a análise da estrutura atômica, eletrônica ou magnética de um material em diversas condições de temperatura e pressão.
XRFA linha de luz XRF de Fluorescência de Raios X pode ser usada na análise de elementos químicos, sejam majoritários, minoritários ou mesmo traço. Dentro da ampla gama de aplicações estão a análise não-destrutiva de impurezas na superfície de dispositivos microeletrônicos.
SAXS1A linha de luz SAXS1 de Espalhamento de Raios X a baixos ângulos permite a investigação da matéria em escala de nanômetros a centenas de nanômetros com aplicações em Catálise e Petroquímica.

SAÚDE E FÁRMACOS


Na área da saúde, pesquisas feitas com síncrotron são fundamentais para identificação das estruturas de proteínas e unidades intracelulares complexas, etapa importante no desenvolvimento de novos medicamentos, assim como no desenvolvimento de nanopartículas para o diagnóstico de câncer e combate a vírus e bactérias. Abaixo estão alguns exemplos de aplicações industriais em Saúde e Fármacos das estações experimentais do LNLS:

IMXA Linha de luz IMX de Tomografia por Raios X pode ser usada no estudo da estrutura de organoides (aglomerados tridimensionais de diversos tipos de células) dedicados ao desenvolvimento de novos tratamentos médicos.
IR1A Linha de luz IR1 de Nanoespectroscopia no Infravermelho pode ser utilizada no desenvolvimento de novas drogas e sensores biológicos baseados em nanopartículas, assim como estudos de entrega e eficiência de drogas no nível de células individuais.
MX2A Linha de luz MX2 de Cristalografia de Macromoléculas pode oferecer informações precisas sobre a constituição e estrutura atômica de macromoléculas, como enzimas e proteínas, revelando detalhes da interação entre substratos e enzimas, sugerindo rotas de melhoria ou inibição da ação de substâncias para a produção de medicamentos e cosméticos mais eficientes.
XRD1A linha de luz XRD1 de Difração de Raios X é capaz de obter dados de alta qualidade de diferentes tipos de materiais, como na determinação da composição de novas drogas.
XPDA linha de luz XPD de Difração de Raios X em Pó permite a análise rápida e não destrutiva de misturas multicomponente sem a necessidade de preparação extensiva das amostras, possibilitando a caracterização de materiais para aplicações farmacêuticas.
SAXS1A linha de luz SAXS1 de Espalhamento de Raios X a baixos ângulos permite a investigação da matéria em escala de nanômetros a centenas de nanômetros com aplicações em biologia estrutural para, por exemplo, cosmética, farmacêutica e medicina.