DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE NOVOS MATERIAIS

INTRODUÇÃO

Os materiais são a base de qualquer civilização. É somente com a disponibilidade deles que se é possível o desenvolvimento de novas tecnologias, fundamentais para a evolução humana.

Mas o que são esses “novos materiais”? Apesar do nome, não chamamos assim somente os “materiais novos”, aqueles que não conhecíamos antes mas passamos a conhecer recentemente. Entram nessa categoria também os materiais antigos, tradicionais, mas que agora são produzidos com um conhecimento tecnológico muito maior.

Apoiados pela ciência e pela engenharia, suas propriedades resultantes são muito melhores do que aquelas presentes no material tradicional, tendo em vista que existe um maior controle sobre o produto, com um grau de pureza químico e estrutural muito maior, e isso tudo a um preço bem inferior. O que hoje caracteriza o termo "novos materiais" não é o fato de serem novos, mas o fato de que são materiais fabricados com alto conteúdo tecnológico.

O aspecto a destacar aqui é que essas novas propriedades adquiridas pelos materiais viabilizam novas aplicações e utilizações, criando usos que até hoje não eram possíveis, ora por não haver material suficiente, ora por falta de material adequado. Com a viabilização dessas aplicações, criou-se um ambiente propício ao estudo e criação de novas tecnologias, gerando um efeito em cadeia de desenvolvimento, com resultados visíveis em diversos setores da indústria moderna.

HISTÓRICO

A evolução da raça humana ao longo do tempo sempre esteve ligada ao processo de desenvolvimento e estudo de novos materiais. O conhecimento adquirido por esses estudos é, ainda hoje, base fundamental para o crescimento e sobrevivência do homem, constituindo-se em algo dinâmico e incessável, com novas descobertas a cada dia.

A aplicação de materiais é tão importante, que ainda hoje designamos civilizações antigas de acordo com o domínio que essas possuíam sobre seus recursos. Na Idade da Pedra as principais ferramentas eram martelos e machados, feitos principalmente a partir de ossos, madeira e pedra.

Ao obter-se domínio sobre o fogo, começou a moldar a natureza conforme suas necessidades, extraindo energia dos materiais e aprimorando suas técnicas de criação de ferramentas. Desenvolveu a cerâmica, e com isso iniciou a construção de potes e vasos que ajudavam na estocagem e transporte de alimentos. Com a Idade dos Metais consolidou seu domínio sobre a natureza.

Agora não mais dependia do meio para sobreviver: podia alterá-lo conforme sua necessidade. Nesse momento aparecem os primeiros centros urbanos e com eles a busca por novos conhecimentos começa, levando o homem a procura de novos materiais.

Imagem 1: Evolução do número cumulativo de elementos químicos descobertos nos últimos dois milênios.

O gráfico acima mostra que o desenvolvimento da ciência proporciona um conhecimento de novos materiais e seus elementos.

Com a descoberta do microscópio foi possível o estudo mais sistemático dos materiais e, assim, tomando domínio dos materiais e seus processos de fabricação e transformação, dar origem à Ciência dos Materiais e à Engenharia dos Materiais.

Hoje o homem convive diariamente com milhares de materiais diferentes, os quais a maioria não são conhecidos por grande parte da população. Para se fazer um estudo sobre os materiais separamos estes em: os metais, as cerâmicas, os polímeros, os semicondutores e os compósitos.

ESTADO ATUAL E NOVAS PERSPECTIVAS

Atualmente, o desenvolvimento de novos materiais está voltado para a obtenção de produtos cada vez mais resistentes, econômicos e menos poluentes. Este processo é facilmente notado quando olhamos para a enorme diversidade de materiais criados e desenvolvidos no século XXI, que dentre outros atributos, buscaram obter o melhor balanço entre qualidade e custo de produção.

Para exemplificar esse estado de desenvolvimento, listamos alguns casos onde cientistas se superaram para obter seu produto final com uma melhor relação “custo/benefício”:

Espuma Perfeita

A espuma perfeita, ou espuma de Weaire-Phelan, nada mais é que uma espuma com uma estrutura de oito poliedros, seis com 14 faces, e dois com 12, todas as faces hexágonos ou pentágonos imperfeitos, também ligeiramente curvas.

Na Universidade de Trento, Itália, um pesquisador descobriu que o que impedia de se construir a espuma perfeita era, na verdade, o recipiente usado na fabricação, pois durante anos se achou que era impossível a realização de tal façanha, pois, por se tratar de uma substância de geometria complexa, os recipientes normais, com paredes planas, não são favoráveis a essa confecção, mas com a ajuda de outros cientistas e um matemático eles conseguiram calcular um recipiente ideal para a idealização da espuma.

Pronta a forma, foi só adicionar as bolhas de sabão para que seis camadas de cerca de 1.500 bolhas se ordenassem naturalmente de acordo com a estrutura da espuma perfeita de Weaire-Phelan.

Imagem 2: A espuma de Weaire-Phelan é a espuma perfeita, agora construída na prática pela primeira vez. [Imagem: Ruggero Gabbrielli]

Apesar de parecer pouco útil a espuma perfeita pode ser amplamente utilizada para absorver impactos (em sistemas de amortecedores, fundações de prédios para evitar destruições em terremotos), ou até mesmo para isolamento acústico.

Ossos Artificiais Feitos em Impressora 3D

Cientistas, utilizando uma impressora 3D, produziram ossos artificiais. O material não é exatamente um osso, mas possui quase todas as características mecânicas de um osso humano. O material é impresso e colocado junto com uma cultura de células ósseas, transformando-se em um verdadeiro osso artificial. O material não foi testado em seres humanos, mas médicos afirmam que em pouco tempo, poderão encomendar ossos de tamanhos e formatos que quiserem.

Imagem 3: Ossos impressos [Imagem:WSU]

Também poderão carregar medicamentos para tratar a osteoporose. Alguns médicos e cirurgiões acreditam que entre 10 e 20 anos, possam empregar a técnica para corrigir desde mandíbulas a espinhas dorsais, e também poderão carregar medicamentos para tratar a osteoporose.

Material Mais Leve Do Mundo

Mesmo sendo composto por metais, a mais nova descoberta no ramo de materiais, é considerada um aerogel (material sólido mesoporoso extremamente leve derivado de um gel). O novo material foi construído com uma liga de níquel e, ainda assim, pesa menos do que uma pena. Com 0,9 miligrama por centímetro cúbico, ele é 10% menos denso do que o menos denso dos aerogéis.

Outro resultado surpreendente é que esse aerogel metálico mantém a rigidez, resistência, capacidade de absorção de energia e condutividade da liga metálica maciça. E tudo isto com a vantagem de não ser quebradiço como a liga original: ele pode ser comprimido a até 50% do seu volume e retornar ao seu estado original sem perda de suas características.

Imagem 4: A estrutura metálica é feita de vigas ocas, tão leve que não consegue amassar um delicado dente-de-leão. [Imagem: Dan Little/HRL Laboratories]

Materiais como os aerogéis e o mais novo “aerogel metálico” são muito importantes para o desenvolvimento das engenharias, principalmente a mecânica, pois materiais cada vez menos densos são necessários na fabricação de automóveis, navios, aviões, e principalmente aeronaves aeroespaciais. Com o advento de novos materiais como esse e sua crescente utilização no mercado estão sendo gerados mais economia e praticidade nas inovações tecnológicas.

A ENGENHARIA E OS NOVOS MATERIAIS

Nota-se que o avanço das inovações tecnológicas é de grande importância para esse ramo, tornando cada vez mais eficiente o processo de fabricação com utilização de máquinas. Como exemplo de inovações relacionadas à mecânica, podemos citar como exemplo os materiais duros anti-desgaste e anti-corrosão, como a broca de diamante, que pode parecer algo inviável pelo seu preço, mas como o diamante possui uma resistência muito grande. O custo na manutenção da broca acaba se tornando muito baixo, fazendo com que esse tipo de equipamento já não seja mas tão inviável.

Outro exemplo de inovação relacionada à mecânica, são os polímeros desenvolvidos como camadas anti-corrosão em plantas petroquímicas e materiais de alta dureza baseados em carbetos e nitretos, para a indústria de conformação mecânica.

CONCLUSÃO

A pesquisa para o desenvolvimento de novos materiais é algo que será sempre constante e terá sempre seu espaço no mercado, pois é ela que dita os rumos da evolução da humanidade, e num mundo dinâmico em que vivemos, adquire fundamental importância para o melhor conforto do homem.

Podemos então, a partir de todo o tema estudado, concluir que o desenvolvimento das ciências, das engenharias e, mais especificamente, da Engenharia Mecânica depende diretamente do advento e desenvolvimento de novos materiais e da sua devida aplicação nas novas tecnologias, contribuindo também com a modernização das antigas técnicas que ainda hoje exercem papel fundamental na indústria como um todo.

REFERÊNCIAS

[1] ARAÚJO,M. Desenvolvimento de novos materiais e novos produtos na indústria automobilística. 12f. Mestre em Engenharia de Produção na COPPE/UFRJ, Cidade Universitária, Ilha do Fundão, Rio de Janeiro, RJ Disponível em: http://www.abepro.org.br/biblioteca/ENEGEP1999_A0164.PDF
[2] A IMPORTÂNCIA DOS NOVOS MATERIAIS NO DESENVOLVIMENTO INDUSTRIAL, disponível em: http://revistas.fee.tche.br/index.php/indicadores/article/viewFile/405/637. Acesso em: 07/12/2011
[3] INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Ossos artificiais são feitos em impressora 3D. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=ossos-artificiais-impressora-3d&id=010160111206. Acessado em: 07/12/2011
[4] NATURE. Cientistas constroem a espuma perfeita. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=espuma-perfeita&id=010160111130. Acessado em: 07/12/2011
[5] ULTRALIGHT METALIC MICROLATTICES. Material mais leve do mundo: metal com 99,99% de ar. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=material-mais-leve-do-mundo&id=020160111119. Acessado em: 07/12/2011
[5] Fernando, A. MATERIAIS DE ENGENHARIA. Microestrutura e Propriedades. Editora Hemus.
[6] MICROELETRÔNICA. Novos materiais e processos. Disponível em: http://www.lsitec.org.br/pdf/portifolio/microeletronica/lamina_01_verso.pdf . Acessado em: 11/12/2011

AUTORES

O presente artigo foi elaborado no âmbito da disciplina "Introdução a Engenharia Mecânica" da Universidade de Brasília, pelos seguintes alunos:

Gustavo Pereira Cunha 11/0148801
Enderson Jalhiel Silva 11/0115783

Rafael Avelar 11/0136811

João Victor Raulino 11/0124499