Pesquisa investiga efeito da manufatura aditiva sobre materiais para indústria aeroespacial

Os veículos aeroespaciais – aviões, helicópteros, foguetes, espaçonaves, satélites e outros - são sujeitos a condições extremas de temperatura, pressão e carregamento mecânico durante sua operação. Dessa forma, os materiais e métodos de fabricação usados na indústria aeroespacial estão em constante evolução, sempre buscando o aumento da confiabilidade e a redução de peso sem sacrificar a performance mecânica.

Uma classe de materiais importante para a indústria aeroespacial é a dos aços Maraging. Eles apresentam alta resistência mecânica, e são usados em componentes como, por exemplo, trens de pouso em aviões ou helicópteros e até mesmo carenagem de foguetes, que são submetidos a altas cargas mecânicas e ciclos de fadiga.

A manufatura aditiva – popularmente conhecida como impressão 3-D – revitalizou a fabricação de componentes com formatos antes considerados desafiantes, ou mesmo impossíveis, e aumentou o potencial de uso de diferentes materiais de engenharia. No entanto, apesar da estrutura e composição química de determinado material ser conhecida, o produto obtido no processo de manufatura aditiva é fundamentalmente diferente do obtido pelos processos de manufatura convencional, como fundição ou soldagem.

Resultados podem contribuir para uma melhor compreensão de reação química que causa a degradação de estruturas de concreto

O concreto é o material mais utilizado na construção civil e, consequentemente, um dos materiais mais consumidos pela humanidade. Ele pode fazer parte de praticamente todo tipo de construção, de residências a grandes obras de infraestrutura pública, como pontes e barragens. A resistência e a durabilidade do concreto dependem da proporção entre seus constituintes: o cimento Portland, areia, brita e água.

O cimento, por sua vez, é um pó fino produzido a partir de calcário e argila que, com adição de água, se torna uma pasta aglomerante, que endurece por meio de uma série de reações químicas complexas. Após o endurecimento, o concreto mantém sua estrutura mesmo que entre novamente em contato com a água. Com o tempo, no entanto, o concreto pode sofrer degradação por inúmeros fatores, tanto físicos quanto químicos.

Conhecida como “o câncer do concreto”, a reação álcali-sílica (ASR, na sigla em inglês) é uma reação química entre a sílica presente em agregados constituintes do concreto e os hidróxidos alcalinos, formados a partir dos constituintes do cimento. O produto dessa reação é um gel higroscópico que se expande na presença de água, gerando estresse mecânico e fissuração generalizada.

Pesquisa investiga a concentração de elementos químicos em espécies comerciais

Peixes marinhos são considerados uma fonte de proteínas de alta qualidade, rica em aminoácidos essenciais, gorduras, vitaminas e vários elementos químicos essenciais como cálcio, ferro e selênio.  No entanto, a presença de elementos inorgânicos potencialmente tóxicos pode causar desde problemas neurológicos e endócrinos até o aumento da incidência de câncer.

Metais como mercúrio, chumbo e cádmio são tóxicos mesmo quando consumidos em baixas concentrações, e seus efeitos adversos são ampliados por se acumularem em tecidos animais. Por outro lado, mesmo elementos como zinco e cromo, que desempenham funções importantes no metabolismo, podem causar efeitos tóxicos se consumidos em excesso.

O acúmulo de elementos químicos no organismo animal depende de vários fatores, como o tipo de elemento, a forma de assimilação, a espécie e o metabolismo em diferentes tecidos. Por exemplo, tecidos com altas taxas metabólicas, como fígado e rins, podem apresentar alta concentração de metais, especialmente aqueles com potenciais efeitos tóxicos.

Pesquisa investiga a adição de nióbio a catalisadores para a melhoria de combustíveis alternativos

A crescente concentração na atmosfera de gases do efeito estufa causada pela atividade humana é considerado o principal responsável pela elevação na temperatura média do planeta. Por isso, tem se intensificado a busca por alternativas aos combustíveis fósseis, como é o caso da transformação de biomassa proveniente da agricultura em combustíveis renováveis.

Por exemplo, o óleo de pirólise, também conhecido como bio-óleo, é obtido a partir do aquecimento da biomassa seca até altas temperaturas, e na ausência de oxigênio, com subsequente resfriamento. O bio-óleo é uma mistura complexa de compostos orgânicos que pode ser usado no lugar do petróleo para a produção de combustíveis e outros produtos químicos.

Pesquisa investiga como converter o dióxido de titânio em um novo material fotoativo na região da luz visível

A busca por fontes limpas e renováveis de energia tem se intensificado nos últimos anos, em especial devido ao aumento da concentração na atmosfera de gases causadores do efeito estufa e a consequente elevação na temperatura média do planeta.

Uma dessas fontes alternativas é conversão da luz solar em eletricidade através de placas fotovoltaicas. A eficiência nessa conversão depende de propriedades intrínsecas dos materiais utilizados na confecção das placas e aumenta ano a ano com a descoberta de novos e melhores materiais. Por isso, a perspectiva é que a energia solar se torne uma das principais fontes de energia elétrica até meados deste século, segundo a Agência de Energia Internacional (IEA).

Pesquisa aplica técnica inédita no Brasil para a investigação de nanopartículas cristalinas

O desenvolvimento de dispositivos eletrônicos mais rápidos e eficientes, melhores catalisadores para a indústria química, fontes alternativas de energia e tantas outras tecnologias depende cada vez mais da compreensão detalhada do comportamento dos materiais na escala nanométrica.

Propriedades de partículas nessa escala podem ser completamente diferentes das propriedades do mesmo material em sua versão macroscópica. Ainda, nanopartículas de diferentes tamanhos e formas podem ter características completamente distintas, mesmo sendo formadas por um mesmo material.

Essa possiblidade de regular as propriedades ópticas e elétricas das nanopartículas através do controle de sua composição, forma e tamanho abre as portas para uma imensa variedade de aplicações. E nesse contexto, os nanocristais – partículas nanométricas que possuem uma estrutura cristalina – têm atraído grande interesse.

Pesquisa avalia combinação de grafeno e nitreto de boro hexagonal para dispositivos opto-eletrônicos do futuro

A fotônica é a ciência que investiga fenômenos relacionados à luz, como sua geração, transmissão e detecção. Suas aplicações podem ser encontradas nas mais variadas tecnologias que impactam diretamente nosso cotidiano: lasers utilizados em cirurgias, fibras ópticas para a transmissão de dados, e telas de TVs de alta definição e smartphones. Esses avanços são somente possíveis pelo conhecimento profundo da interação da luz com componentes eletrônicos supercompactos.

A mais recente fronteira da fotônica é a produção de dispositivos na escala nanométrica capazes de transmitir informação por meio de sinais de luz, chamados nanofotônicos ou optoeletrônicos. Quando comparados aos já estabelecidos componentes eletrônicos, os novos nanodispositivos serão capazes de transportar um volume maior de informações e de forma mais rápida.

Pesquisa desenvolve material nanoestruturado com alta capacidade de armazenamento e liberação de oxigênio para o aprimoramento de conversores catalíticos

A combustão completa tanto de combustíveis fósseis quanto biocombustíveis gera dióxido de carbono ($\rm CO_2$) e água ($\rm H_2O$) como produtos finais. No entanto, nos motores de automóveis pode ocorrer a combustão incompleta dessas substâncias, gerando importantes poluentes, como monóxido de carbono ($\rm CO$), hidrocarbonetos, e óxidos de nitrogênio (como $\rm NO$ e $\rm NO_2$).

Para reduzir a emissão dessas substâncias tóxicas, é utilizado no escapamento de veículos um equipamento chamado de conversor catalítico. Materiais chamados de catalisadores promovem e aceleram reações químicas sem serem consumidos durante o processo. Eles retêm em sua superfície as moléculas reagentes, enfraquecendo as ligações entre os átomos e fazendo com que os poluentes sejam convertidos em gases menos nocivos.

Resultados contribuem para aperfeiçoar tecnologia de processamento e valorização desse insumo

A Cana-de-açúcar é cultivada em diversos países ao redor do mundo para a produção, principalmente, de açúcar e álcool, obtidos do caldo extraído durante o processo de moagem. O bagaço fresco remanescente é um material rico em celulose e lignina, mas também em água. Mesmo com a extrema eficiência de operações do setor sucroalcoleiro, após todas as etapas de extração do caldo na moenda, o bagaço fresco ainda é composto por quase 50% de água. A presença dessa água remanescente no bagaço tem diversas consequências importantes.

A extração do açúcar da cana tem eficiência entre 94 e 98%. O percentual restante permanece preso no bagaço de alguma forma associado à água. Assim, qualquer ganho percentual nesse processo traz um impacto milionário para a indústria.

Pesquisa investiga a nanoestrutura química dos vasos condutores de água do xilema

Células vegetais são envoltas em uma estrutura chamada de parede celular, composta principalmente por celulose e lignina. Entre outras funções, essa parede dá estabilidade estrutural às células e controla a entrada de água, sais minerais e outras substâncias. Ao morrerem, as células deixam para trás sua parede celular, formando diferentes estruturas que suportam a planta dando rigidez aos caules e que facilitam o transporte de substâncias das raízes até as folhas e vice-versa. Uma dessas estrutura é o xilema: uma rede contínua de conduítes com cerca de 100 micrômetros de diâmetro que transporta a água absorvida pelas raízes até as folhas.