Materiais Avançados - Vidro multifuncional tem dupla personalidade

O vidro multifuncional é antirreflexo, autolimpante e antiembaçante. [Imagem: Park et al./ACS Nano]

Antirreflexo
George Barbastathis e seus colegas do MIT criaram um vidro texturizado que não apenas pode evitar os reflexos, como se tornar autolimpante e à prova de embaçamento.
Esse vidro, que seus criadores chamam de "vidro multifuncional", tem uma superfície nanoestruturada, repleta de minúsculos cones, cada um medindo 200 nanômetros de diâmetro na base, e projetando-se por outros 200 nanômetros de altura.
A primeira propriedade obtida com essa nanoestrutura é o antirreflexo. Mas não é a única.
Superhidrofilicidade
As nanorrugosidades dão ao vidro a propriedade da superhidrofilicidade, um fenômeno descoberto em 1995, que cria uma película homogênea de água sobre o material, tornando o vidro antiembaçante e autolimpante.
A película de água não apenas impede a incrustação de compostos orgânicos, como remove qualquer partícula que já esteja depositada.
Superhidrofobicidade
Contudo, basta adicionar um componente extra, um surfactante, para que o vidro multifuncional reverta completamente seu comportamento, passando a apresentar a superhidrofobicidade, ou seja, ele passa a repelir completamente a água.
Segundo Barbastathis, a nanoestrutura no formato dos cones evita a perda das propriedades com o uso do vidro, tornando-o mais durável.
Mais luz para a energia solar
Segundo ele, o vidro multifuncional pode ter inúmeras aplicações, mas a energia solar parece ter muito a ganhar.
Os painéis solares perdem eficiência com o tempo devido à deposição de poeira, que impede que a luz do Sol chegue até as células solares propriamente ditas. Assim, um vidro autolimpante seria a escolha ideal para recobri-los.
Além disso, a propriedade óptica do antirreflexo otimiza o rendimento dos painéis solares conforme aumenta o ângulo de incidência da luz solar, ao permitir que mais luz chegue às células solares.
Autolimpante de fora e antiembaçante de dentro
O setor da construção civil e os automóveis também poderão ser beneficiados.
"Você pode ter um vidro com superhidrofobicidade do lado de fora, para que a água não se acumule e retire a sujeira, e superhidrofilicidade do lado de dentro, para que o vidro não embace," disse Barbasththis.
A técnica de fabricação do vidro multifuncional ainda é complicada e cara, mas o pesquisador afirma que, no futuro, ele poderá ser fabricado "simplesmente passando o vidro através de um par de rolos texturizados enquanto o vidro ainda está parcialmente fundido."

Materiais Avançados - Peneira de microfiltragem varia porosidade e se autoconserta

A membrana varia a espessura de seus poros, podendo filtrar desde material particulado em suspensão, até vírus e moléculas individuais. [Imagem: Damien Quémener]

Filtragens especiais
Pesquisadores franceses desenvolveram uma nova membrana que não apenas pode alterar a espessura dos poros, como se autoconserta se furar.
Uma membrana é uma espécie de peneira high-tech.
O mercado de membranas está passando por um boom mundial, com aplicações que vão da purificação de água e da dessalinização até as células a combustível e a separação de produtos da química fina.
Sobretudo as indústrias farmacêutica e de alimentos têm apresentado alta demanda por filtragens especiais, fazendo o mercado expandir-se 10% ano ano.
Prashant Tyagi e seus colegas do instituto CNRS pretendem ocupar um bom espaço nesse mercado, graças às características inusitadas de sua nova membrana.
Micelas
A membrana é dinâmica, no sentido de que ela pode ajustar o tamanho de seus poros de forma autônoma, bastando para isso alterar a pressão com que o líquido a ser filtrado é injetado sobre ela.
Embora seja mais comum fabricar membranas para microfiltragem com cerâmica, os pesquisadores usaram uma combinação de três polímeros, de diferentes solubilidades, para formar micelas, nanopartículas em constante interação umas com as outras.
Quando a pressão do líquido aumenta, as micelas têm uma tendência para se achatar, reduzindo a dimensão dos poros.
Por exemplo, a uma baixa pressão - 0,1 bar - os poros têm cerca de 5 nanômetros, permitindo a filtragem de vírus e macromoléculas.
Com uma leve subida na pressão é possível atingir poros na dimensão de até 1 nanômetro.
Contudo, se a pressão atingir 5 bars, a morfologia da membrana passa por uma mudança drástica, e os poros alcançam dimensões de 100 nanômetros, permitindo a filtragem de bactérias ou materiais particulados em suspensão.
Isso permitirá a construção de equipamentos para diversas exigências de filtragem usando uma única membrana.

As micelas reorganizam-se para restaurar o equilíbrio, o que resulta no fechamento de furos muito grandes, até 85 vezes maiores do que a espessura da membrana. [Imagem: Tyagi et al./Angewandte]

Autoconserto
Mas o mais interessante parece ser sua capacidade de se "recuperar" de furos que eventualmente apareçam.
Na ocorrência de algum furo, ela é capaz de se autoconsertar, prolongando sua vida útil e garantindo maior segurança na qualidade dos produtos filtrados.
Quando a membrana se rasga, quebra-se o equilíbrio físico que mantém as micelas juntas.
As micelas então tentam restaurar o equilíbrio reorganizando-se, o que resulta no fechamento do furo.
Os testes mostraram que uma perfuração 85 vezes maior do que a espessura da membrana é reparada sem qualquer intervenção humana. É necessário apenas parar o processo de filtragem por alguns instantes.

Materiais Avançados - IPT desenvolve tecnologia de borracha em pó

A borracha em forma de pó ultrafino é uma alternativa mais simples para várias aplicações, em comparação com o uso do material em bloco. [Imagem: IPT]

Borracha em pó
Pesquisadores do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) de São Paulo estão desenvolvendo uma nova técnica para fabricação de borracha em pó.
O objetivo da pesquisa é desenvolver uma rota química de produção a partir do látex sintético, para aplicação no aumento da resistência de diversos tipos de materiais plásticos e para a elaboração de resinas poliméricas.
Para preencher uma lacuna tecnológica pouco explorada atualmente dentro e fora do Brasil, os pesquisadores brasileiros estão empregando uma técnica de secagem por aspersão, ou spray drying.
A borracha em forma de pó ultrafino é uma alternativa mais simples para várias aplicações, em comparação com o uso do material em bloco.
Os blocos demandam operações de moagem e pulverização, enquanto a borracha em pó pode ser adicionada diretamente aos processos industriais.
Processo contínuo
A técnica mais comum para a obtenção da borracha em pó emprega a irradiação da emulsão para promover uma modificação na estrutura do látex antes da secagem em spray dryer.
Mas o processo apresenta, gargalos como a necessidade de uma infraestrutura em grande escala e riscos à saúde dos trabalhadores.
Já o projeto do IPT emprega uma técnica simples, que opera em processo contínuo, e de baixo custo.
O látex sintético é modificado quimicamente por meio de monômeros funcionais e óxido coloidal, que irão compor uma mistura submetida posteriormente à secagem em um equipamento de spray dryer.
Foram estudados dois tipos de látex, o estireno-butadieno e o estireno-butadieno carboxilado, sendo que o primeiro apresentou melhores resultados no quesito viabilidade econômica.
Tintas especiais
O projeto tem prazo de conclusão em abril de 2013, mas os bons resultados obtidos já possibilitaram o pedido de depósito de uma patente e podem expandir o emprego das novas formulações:
"O foco do projeto é a aplicação da borracha em pó para aumentar a resistência ao impacto dos plásticos, mas ela poderá ser também uma alternativa viável para as indústrias, como aditivo em tintas especiais ou modificador de impacto em concreto ou pisos, por exemplo", completa Lucilene Betega de Paiva, coordenadora do projeto.

Mecânica - Tecnologias que você não vê beneficiarão o que você vê e usa

Tecnologias de processo Tecnologias que renderão bilhões de dólares nos próximos anos serão adotadas sem que os usuários sequer percebam.
Isto porque não são tecnologias de produto, como o tablet do momento ou o motor mais moderno do seu carro.
São tecnologias de processo, que tornam aquilo que você usa, ou usará no futuro, mais eficiente, mais fácil de fabricar e, por decorrência, mais barato.
É o caso de dois avanços de impacto divulgados nesta semana.
O primeiro mostra como não apenas o tablet do momento, mas os de todos os momentos futuros, podem ser beneficiados pelas pesquisas com fusão nuclear.
O segundo mostra como um mineral e um bom trabalho em um laboratório de química podem se traduzir em ganhos econômicos e ambientais globais.

Minirreator: quatro capacitores (embaixo) fornecem 10.000 volts para separar os elétrons do xenônio de seus núcleos, criando um plasma eletricamente carregado. [Imagem: U. of Washington]

Plasmando a eletrônica
A equipe do Dr. Uri Shumlak, da Universidade de Washington, está tentando viabilizar a criação de uma estrela artificial, uma máquina de fusão nuclear para gerar energia renovável e sem resíduos.
Para isso eles lidam com plasma, o quarto estado da matéria. O plasma de hidrogênio no Sol é tão quente que os núcleos de hidrogênio se fundem liberando energia.
Mas quando ainda estudava seu protótipo em escala de laboratório, o pesquisador descobriu que já possuía uma tecnologia muitíssimo superior à que é necessária para que a indústria eletrônica fabrique componentes cada vez menores - mais especificamente, 1.000 vezes melhor.
A litografia usada para a fabricação de chips depende de uma fonte de luz - uma máquina de US$100 milhões para fazer a luz ricochetear em uma série de espelhos e lentes, até atingir a superfície da pastilha de silício.
Como os transistores precisam ficar cada vez menores, muito menores do que o comprimento de onda da luz, os esforços atuais se concentram na construção de fontes de luz ultravioleta extrema, para tentar alcançar os 13,5 nanômetros especificados pela indústria como o próximo degrau para manter a Lei de Moore em vigor.
O problema é que espelhos e lentes sempre absorvem um pouco da luz, e o feixe chega no silício fraco demais, em "fagulhas" que duram entre 20 e 50 nanossegundos.
Shumlak e sua equipe criaram um feixe de plasma que dura 1.000 vezes mais, de 20 a 50 milionésimos de segundo.
"Isso se traduz diretamente em mais luz na saída, mais potência atingindo a pastilha de silício, de tal forma que você pode movê-la durante um período razoável de tempo," explicou o pesquisador, referindo-se ao movimento necessário para desenhar os transistores.
Ele agora está em busca de investidores para integrar o feixe de plasma aos equipamentos já usados pela indústria eletrônica, a tempo de pegar a próxima geração de processadores.

1 grama de zeólita tem uma superfície de 1.000 metros quadrados, fazendo com que os líquidos atinjam os catalisadores passando pelos inúmeros túneis do material. [Imagem: Michael Tsapatsis Lab]

Catalisando a química
E, já que computadores e automóveis são os elementos dinâmicos da chamada "economia moderna", o outro avanço não poderia deixar de beneficiar os possantes - e muito outros produtos.
Cada gota de gasolina que seu carro consome percorre um longo caminho na refinaria, em uma série de reações químicas que fazem com que não lembre em nada o petróleo da qual se originou.
E todas essas reações químicas dependem de catalisadores.
Michael Tsapatsis e seus colegas da Universidade de Minnesota desenvolveram uma técnica que usa zeólitas para dar ao material que está sendo processado um acesso ultrarrápido ao catalisador.
O ganho é comparável a retirar os compostos químicos de onde eles correm hoje, a um ritmo de uma rua estreita de um bairro, e levá-los para uma rodovia de várias pistas sem limite de velocidade.
"O impacto dessa nova descoberta é enorme," disse Tsapatsis, acrescentando que ela terá uso não apenas na produção de gasolina e diesel, mas também na fabricação de plásticos, biocombustíveis, medicamentos, enfim, em toda a indústria química.
Eles usaram materiais altamente porosos, chamados zeólitas. Essa espécie de cerâmica foi crescida artificialmente na forma de nanofolhas ultra-finas, que se dobram em ângulos de 90 graus, formando uma estrutura parecida com um castelo de carta - ou seja, são poros dentro de poros.
Como a área superficial disponível é muito maior - 1 grama de zeólita tem uma superfície de 1.000 metros quadrados - os líquidos podem atingir os catalisadores passando pelos inúmeros túneis do material.
Segundo os pesquisadores, além da maior velocidade, o processo apresentou ganhos em estabilidade e seletividade, tudo ao mesmo custo do que é feito hoje - só que para uma produção que poderá ser centenas e até milhares de vezes maior.

Mecânica - Avião metamórfico: Asa ativa muda suavemente de formato

A asa ativa variável muda suavemente de formato, graças a uma cobertura externa de polímero. [Imagem: WenChao et al./Mechanica & Astronomica]

Aerodinâmicas
O desenvolvimento de veículos voadores de pequeno porte, tanto microaviões quanto microrrobôs voadores inspirados em insetos e veículos aéreos não tripulados, está colocando novos desafios para a aerodinâmica.
Um desses desafios é lidar com o voo em baixa velocidade, otimizando o desempenho dos aviões.
O problema é definido por aquilo que os engenheiros chamam de "número de Reynolds baixo", quando a inércia desempenha um papel menor em relação à viscosidade na determinação das forças de atrito entre o avião e o ar.
As exigências sobre a aerodinâmica são muito diferentes - geralmente envolvendo fatores excludentes - quando se trata de otimizar o voo em diferentes condições, o que é comum nos microveículos voadores, que devem decolar como helicópteros, voar como aviões e manobrar em espaços exíguos.
Asa ativa
Pesquisadores chineses demonstraram que a saída pode estar em asas ativas, que mudam de perfil em tempo de voo.
Yang Jiming e seus colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China construíram um aerofólio ativo que, ao contrário de experimentos similares, não muda drasticamente de uma posição para outra.
Em vez disso, ele pode ter seu perfil alterado suavemente.
Mais importante ainda, a asa ativa possui a capacidade de arqueamento, alterando a linha média entre o intradorso e o extradorso.
A asa ativa pode se estender até 30% da sua dimensão básica.
Asa morfológica
A estrutura interna da asa morfológica compreende cinco linhas de elementos dobráveis.
Ela foi projetada para suportar uma "pele" - um revestimento flexível - que lhe dá a forma aerodinâmica e reage de forma suave ao movimento dos elementos internos, gerando o comportamento metamórfico (morphing).

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O atuador é um servomotor, fixado na longarina, que puxa a superfície inferior da seção de popa com a ajuda de engrenagens.
Conforme uma parte da superfície inferior é puxada em direção à longarina, produz-se uma discrepância assimétrica na área entre as superfícies superior e inferior do aerofólio, o que lhe dá uma curvatura.
No protótipo, a longarina foi feita com materiais acrílicos, e a "pele" da asa ativa foi feita com polipropileno.
Voo não tripulado
Os testes indicaram que uma aeronave dotada com uma asa ativa poderia dispor de condições aerodinâmicas que hoje só podem ser obtidas por projetos diferentes, ou seja, por diferentes aeronaves.
Os pesquisadores planejam fazer os primeiros testes de seu novo conceito de asa ativa em aeromodelos, preparando-as para uso em veículos aéreos não tripulados.

Mecânica - Indústria automobilística contra-ataca com motores pequenos

O 1.0 de três cilindros da Ford tem a mesma potência que o 1.6 que ele substitui. [Imagem: Ford]

A indústria automotiva parece decidida a colocar no mercado as mais significativas inovações em termos de motorização desde o advento da injeção eletrônica.
Preocupadas com o peso dos quesitos ambientais adicionados às avaliações dos seus carros, feitas por sites e revistas especializadas, as grandes empresas esperam parar de perder pontos, e clientes, pela fama de carros beberrões e politicamente incorretos.
Motor de três cilindros
O novo Focus, da Ford, por exemplo, é equipado com um motor menor, mais econômico e que, no entanto, tem a mesma potência que o motor que ele substitui.
Com três cilindros minúsculos, é uma mudança histórica em relação aos motores de quatro cilindros, mas com ganhos em termos de economia de gasolina e menor emissão de dióxido de carbono (CO2).
É um motor 1.0 substituindo um motor 1.6.
Ainda assim, ele tem a mesma potência do motor anterior, que ele substitui, mesmo sendo 30% mais leve.
"E nós conseguimos obter uma melhora de 15 a 20% na economia de combustível," garante Tim Winstanley, da Ford.

O revolucionário TwinAir 500, da Fiat, promete fazer 30 km/l de combustível. [Imagem: Fiat]

Evolucionário e revolucionário
Mas, se o pequeno motor da Ford dá à empresa um pouco de vantagem sobre seus rivais no momento, a montadora não é a primeira a seguir este caminho.
"Nós observamos o downsizing dos motores em toda a indústria", disse Kaushik Madhavan, diretor de pesquisa da consultoria Frost & Sullivan, "embora as montadoras estejam tomando rotas diferentes para chegar lá."
A Fiat, por exemplo, usa um motor turbo de dois cilindros em seu TwinAir 500, fiel ao Cinquecento original, de 1957.
O motor tem alta eficiência em termos de consumo de combustível graças a uma gestão cuidadosa da quantidade de ar que entra no motor, o que ajuda a melhorar a combustão.
Tudo é feito com a utilização de controles eletro-hidráulicos das válvulas de entrada, no lugar do tradicional comando de válvulas por eixo.
"O motor da Ford é evolucionário," opina Madhavan. "Mas o da Fiat é revolucionário."
O design retrô da Fiat promete fazer 30 km/l de combustível, com uma emissão de CO2 de apenas 95 g/km.

O 1.4 TSI da VW oferece melhor potência e melhor característica de torque do que um motor de 2.3 litros aspirado. [Imagem: Volkswagen]

Único e bem-sucedido
O grupo Volkswagen também é ativo nesse campo, tendo introduzido um minimotor a gasolina com injeção direta em 2005.
O motor a gasolina 1.4 TSI oferece melhor potência e melhor característica de torque do que um motor de 2.3 litros aspirado, também oferecendo economia de combustível e redução nas emissões, segundo a empresa.
"A abordagem da Volkswagen é muito original e muito bem-sucedida. Poucas montadoras até agora mostraram motores que são turbo e supercharger," disse Madhavan.
Enxugamento agressivo
Desenvolvimentos similares estão ocorrendo em toda a indústria automobilística, o que inclui fabricantes como a maior empresa de carros de luxo do mundo, a BMW, que está se preparando para introduzir os frugais motores de três cilindros em seus carros.
"Consequentemente, os motores a gasolina vão passar por enxugamentos muito mais agressivos do que os motores a diesel," diz Madhavan.
Na Europa é permitido o uso de motores a diesel em automóveis, e esses vinham roubando lugar dos motores a gasolina há vários anos, graças a novas tecnologias que permitem que elas poluam menos do que seus equivalentes a gasolina.
Mas isso parece destinado a mudar.
A empresa de consultoria de Madhavan prevê que, até 2018:

• mais da metade dos carros movidos a gasolina vendidos na Europa terão motores menores que 1.2 litro, em comparação com um quarto em 2010;
• carros com motores a gasolina pequenos, menores do que 1 litro, vão alcançar parcelas de mercado de 5% a 16%;
• apenas 5% dos veículos a gasolina terão motores de 2 litros, contra 10% em 2010.

Meio ambiente - Casas inteligentes: tecnologia já está disponível

A maior parte das tecnologias para as casas inteligentes já está disponível no comércio. O que falta é um controle central. [Imagem: Washington State University]

Agentes inteligentes
Os edifícios inteligentes já têm o seu lugar na agenda da arquitetura e da construção civil.
Mas, e as casas, quando elas também começarão a ficar inteligentes?
Não há mais o que esperar, garante a engenheira Diane Cook, da Universidade do Estado de Washington, nos Estados Unidos.
Em um levantamento realizado para a revista Science, Diane fez um inventário de todas as tecnologias já desenvolvidas e que podem ser utilizadas para dar um pouco mais de inteligência às casas.
Segundo ela, não falta muito para que nossas casas façam o papel de "agentes inteligentes", dotados de sensores e programas de computador para antecipar nossas necessidades e fazer automaticamente tarefas que podem melhorar nossa saúde, facilitar nossa interação social e, sobretudo, ajudar a economizar.
Casa que pensa
Muitas casas já possuem a maior parte do aparato mais complicado necessário para essas tecnologias: os sensores, que já vêm embutidos em fornos de microondas, aparelhos de TV e timers para ligar e desligar aparelhos eletrodomésticos.
O que falta é interligar tudo.
"Nós queremos que sua casa como um todo 'pense' sobre o que você quer, e use esses componentes para fazer a coisa certa no tempo adequado," disse ela.
Essa é exatamente a especialidade da engenheira, que vem aplicando inteligência artificial em sistemas de automação residencial.
Seu laboratório atual é um conjunto de 18 apartamentos na cidade de Seattle, onde ela está testando um sistema de monitoramento de idosos que dispensa a presença física do acompanhante.
Os sensores espalhados pela casa alertam o cuidador, pela internet ou pelo celular, caso o morador tenha deixado de lado qualquer tarefa programada.
Isso inclui hora de acordar e dormir, horário das refeições, dos medicamentos e até se o vovô está deixando o banho para o outro dia.
Com a tendência mundial de envelhecimento da população, o cuidado aos idosos é visto como um dos mercados mais promissores para novas tecnologias.

Pesquisadores brasileiros criaram o protótipo de uma casa do futuro que une sustentabilidade e eficiência energética. [Imagem: Ag.USP]

Skype em todo lugar
Outras tecnologias já em testes incluem o agendamento de equipamentos como máquinas de lavar roupa e louça, secadoras, a manutenção da temperatura da água nos reservatórios e o alerta caso algum aparelho seja ligado ou desligado.
No lado da interação, a ideia é usar tecnologias como o Bluetooth e o WiFi para permitir a comunicação remota, sem precisar usar as mãos, de qualquer lugar da casa.
Será a era do "Skype em qualquer lugar," diz Diane, o que, segundo ela, inclui câmeras espalhadas por todo lado.
Assim será mais fácil monitorar os idosos e as crianças.
Privacidade e segurança
Mas a pesquisadora também pondera sobre as questões de privacidade e segurança, como o risco de ter imagens, voz ou dados bisbilhotados por observadores indiscretos.
"As tecnologias das casas inteligentes, assim como muitas outras, estão enfrentando o desafio clássico de serem aceitas e adotadas," diz ela.
Em suas pesquisas, os dados mostram que a maior resistência vem dos moradores mais idosos. Eventualmente porque ninguém gosta que outros fiquem vigiando a hora que você toma banho - ou não toma.
"Em última instância", diz ela, "quando as pessoas tiverem uma compreensão melhor do que essas tecnologias fazem, e verem uma utilidade que contrabalance a sua intromissão, a adoção irá começar. Eu acredito que algumas tecnologias vão ganhar impulso tão logo começarem a ser usadas."