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Vanguarda

Domínio sobre a matéria

por Cassio Teles

Engenharia de Materiais pode promover mudanças de paradigma industrial por meio de materiais sustentáveis (Foto: Divulgação / Nasa)

Aço, borracha, algodão, seda, vidro e madeira são materiais essenciais nas atividades industriais. A maioria dos produtos inseridos no cotidiano nasce manipulação desses materiais, que quase sempre são combinados no processo. O que poucos sabem é que o domínio sobre a matéria não se restringe apenas à indústria. Centenas de materiais com as mais diversas aplicações são produzidos diariamente pela ciência.

Se antigamente a alquimia sonhava em transformar metais comuns em ouro, hoje o metal dourado e reluzente não é propriamente o material mais duradouro e de maior valor. Os novos materiais desenvolvidos em laboratórios, a partir da manipulação em escala atômica, são capazes de substituir qualquer material convencional.

Nos últimos anos, os nanotubos de carbono ganharam destaque. Esses cilindros de moléculas de carbono prometem as mais variadas ‘mágicas' com um potencial jamais alcançado pelos materiais convencionais. Dentre as principais utilidades deles estão a transmissão e o armazenamento de energia elétrica, dada a alta condutividade e resistência ao aquecimento. Na construção civil, estudos comprovam que uma viga à base de nanotubos de carbono tem resistência equivalente à de 200 vigas de aço.

No campo da informática, os tubos microscópicos permitem que um grande número de produtos eletrônicos que, até então, só existiam na ficção científica, viessem a se tornar realidade. Em breve será possível construir circuitos eletrônicos nanométricos, substituindo os chips de silício por nanoprocessadores. Quando isso acontecer, a comunicação e o armazenamento de dados vão ocorrer em velocidades hoje inimagináveis.

Estima-se que pesquisas na área de engenharia de materiais já desenvolveram mais de 50 mil materiais divididos em cinco classes disponíveis para o mercado industrial. Esses produtos são construídos com os tradicionais metais, as cerâmicas e os modernos polímeros, semicondutores e os compósitos.

As pesquisas buscam desenvolver materiais de acordo com os princípios de sustentabilidade. É o que aponta o Chefe do Departamento de Engenharia de Novos Materiais da Universidade de São Paulo (USP) - Campus de São Carlos, professor Marcelo Chinelatto. "Na minha área, trabalho com materiais poliméricos, oriundos do petróleo, que é um recurso escasso. Então buscamos produzir materiais de fontes renováveis. Outro aspecto é a redução de descarte dos materiais nocivos ao meio ambiente, como dejetos industriais. Então buscamos alternativas, materiais biodegradáveis que possam substituir os materiais convencionais", explica o docente.

Ainda não se sabe qual vai ser o impacto socioeconômico da inovação desses materiais na capacidade de produção nem no faturamento. Para a pesquisa, o setor público ainda é o grande incentivador. Entretanto, mesmo com os resultados em testes científicos, a indústria ainda teme pela substituição dos materiais convencionais. "Há certa resistência da indústria em substituir os materiais convencionais pelos novos. É difícil sair da zona de conforto, do que já está estabelecido. Para uma adoção de novos materiais em larga escala, seria necessário readequar todos os parques industriais", analisa o professor.

Em janeiro deste ano, a Escola de Engenharia da USP de São Carlos criou um biomaterial com potencial de uso na medicina. O estudo realizado pelo pesquisador Pablo Felipe Marins Finotti consistiu na construção de um polímero resultante da mistura racional de dois outros polímeros. O novo material está sendo desenvolvido para aplicações que requerem materiais biodegradáveis, biocompatíveis e biorreabsorvíveis. Uma possível aplicação para esse novo polímero seria em stents coronarianos, utilizados em procedimentos de angioplastia. A composição é à base de ácido lático e de policaprolactona, que são dois poliésteres termoplásticos. O primeiro material é mais rígido e tem maior resistência à tração, mas é frágil. O segundo tem menor rigidez, porém apresenta maior tenacidade, além de ser extremamente flexível. "Os componentes do biomaterial são escolhidos de acordo com essas duas propriedades. A primeira delas é fundamental para que se assegure que não haja nenhuma reação agressiva do organismo à presença de um corpo estranho", explica Finotti. Após a escolha, os materiais são combinados numa blenda polimérica composta para simular determinada propriedade ou comportamento e utilizá-los nas ligas dos stents.

O material convencional comumente implantado em artérias obstruídas do coração é composto por ligas de cromo e cobalto que se alojam no organismo. Segundo Chinelatto, orientador da pesquisa, um ano após a cirurgia, o stent pode ser retirado. "A pesquisa descobriu que existem materiais que cumprem a função de um stent e são absorvíveis pelo organismo", comenta.

A invenção já foi patenteada pela universidade, mas não foram feitos testes clínicos primordiais para a liberação do produto. "Estamos buscando parcerias para desenvolver o produto e oferecer para o mercado. Mas ainda é necessário envolver outras áreas, como a medicina, para fazer testes clínicos até que possa ser utilizado, contribuindo para uma melhora na saúde das pessoas", aponta.

No geral, a pesquisa com novos materiais refere-se não só a materiais recém-descobertos ou desenvolvidos. Os materiais conhecidos há mais tempo são fabricados com maior desempenho funcional. Esses materiais são aplicados em diversas áreas como siderurgia, mecânica, materiais cerâmicos, biomateriais, polímeros, engenharia de superfícies, medicina e agricultura de alta precisão.

Outro grande mercado que utiliza novos materiais nos sistemas de produção é a indústria aeronáutica. Um dos motivos é a busca por elementos que tenham leveza, mas com resistência superior à das ligas metálicas que compõem a fuselagem das aeronaves. Essa aplicação é feita pela única fabricante brasileira de helicópteros - Helibras, situada em Itajubá/MG. A empresa do Sul de Minas substituiu as hélices de metal por um material mais leve e dez vezes mais resistente à base de compósitos de carbono. Um compósito é um material formado por dois elementos que se auxiliam e somam as suas propriedades.

De acordo com o Departamento de Inovação da Helibras, a empresa desenvolve pesquisas em parceria com a Universidade Federal de Itajubá (Unifei). Além das hélices, a Helibras assinou, em junho do ano passado, 16 contratos com indústrias nacionais. Elas vão produzir a estrutura intermediária do helicóptero em material composto. O Brasil ainda não produz essa peça em escala industrial.

De acordo com o especialista em engenharia aeroespacial do Colégio Politécnico di Torino, na Itália, Rodrigo Zanatta, uma das propriedades mais negativas das fibras de carbono é o alto custo. "O metro quadrado de um tecido ‘plain' de fibra de carbono de qualidade aeroespacial pode custar mais de R$ 200 contra os R$ 5,00 ou R$ 10,00 da fibra de vidro. Essa diferença no custo de aquisição frequentemente limita o emprego de componentes de extrema solicitação mecânica", comenta. Apesar de mais rígidas, resistentes e caras, as fibras de carbono têm propriedades adequadas ao uso aeroespacial. Além das fibras de carbono, existem as já conhecidas fibras e vidro e fibras de aramidas também usadas em alguns componentes.

As pesquisas de desenvolvimento de novos materiais envolvem testes das mais diversas formas e demandas de equipamentos de última geração e de alto custo. Os testes buscam atribuir e conferir tenacidade, maior ou menor rigidez, flexibilidade e resistência à tração para averiguar as propriedades de blendas e compósitos.

Outro ramo com maior potencial de aplicação de novos materiais é a pesquisa espacial. Como sempre, essa área está na vanguarda das invenções de materiais. Assim como o forno de micro-ondas e a ressonância magnética, uma infinidade de novos equipamentos e, por conseguinte, de novos materiais estão surgindo nos experimentos realizados nas condições extremas do espaço.

O ambiente hostil fora da atmosfera pode danificar os materiais utilizados na construção dos ônibus espaciais. Esse é o caso de raios ultravioletas e raios x provenientes do sol, de ventos solares e de partículas radioativas, sem contar as alterações abruptas dos ciclos térmicos, variando do frio extremo ao calor excessivo. Os choques com detritos que vagam pelo espaço também são constantes e estão entre as principais ameaças à fuselagem dos foguetes.

Desde 2001, a Agência Espacial Americana (Nasa) promoveu cinco testes com foguetes feitos a partir de novos materiais. Cada experimento serviu para investigar quais materiais apresentam pontos críticos para a exploração espacial e que mais sofrem com as ameaças do ambiente espacial. Além da fuselagem e de peças das aeronaves, os materiais são testados também nos trajes usados pelos astronautas em ambientes externos. Essas peças devem ter a mesma resistência às condições extremas. Selos apertados com borrachas especiais que podem ser usados nas portas, garantindo ar respirável em módulos tripuláveis e testes de erosão devido à exposição ao oxigênio atômico com diversos polímeros também fazem parte dos estudos.

Recentemente um novo polímero com propriedades impressionantes se tornou realidade. Desenvolvido no Centro de Tecnologias em Eletroquímica, em San Sebastian, na Espanha, quando o material gelatinoso é partido ao meio, ele é capaz de se reconstituir, unindo as duas partes em temperatura ambiente, e recuperar 97% da força original. À base de ureia e uretano, o polímero batizado de "exterminador do futuro" está no ponto de ser utilizado comercialmente. A Nasa já trabalha na perspectiva de utilizar o material nos ônibus espaciais. Esse polímero também pode ser aproveitado pela indústria na confecção de aparelhos de uso cotidiano, como tables e smartphones. A invenção foi publicada na revista científica Materials Horizons voltada para materiais inovadores.


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