sexta-feira, 8 de outubro de 2010

Novo foco

Depois de uma experiência em mestrado no Japão que se tornou apenas um período de pesquisa sem diploma, mas mesmo assim acumulou boas experiências tanto acadêmicas como de vivência, eu tenho que mudar o foco das minhas investigações. Deixei de trabalhar em um sistema de filtração e na simulação de self-assembly de partículas e agora estou voltando à pesquisa amada: síntese de materiais nanocristalinos. Com um adendo: O desafio de melhorar a sinterização deles. No caso, o material escolhido para o novo mestrado na UEPG é a alumina, mais precisamente a alfa-alumina, que é a mais estável e que encontra as melhores utilizações para nossa realidade. Não que as outras aluminas não sirvam, pelo contrário, elas servem e muito como catalisadores e com outras várias finalidades, mas é fora da minha realidade.

Tive a sorte de conseguir uma orientadora fantástica, esposa do meu ex-orientador de IC fantástico, na verdade é uma família inteira fantástica. A Família Chinelatto é exemplo de família, de convivência, de colaboração. Quem estudou comigo sabe isso, e eu sempre fiz minha parte bem-feita como aluno, não preciso puxar saco de ninguém. Bem... mas voltando ao foco... o desafio agora é sintetizar alfa-alumina à menor temperatura possível e sinterizá-la também à menor temperatura possível. Com isso a gente consegue partículas nanocristalinas e grãos refinados, também nanocristalinos. Dada a dificuldade de um material nanocristalino ter essa combinação de propriedades, isso constitui um sonho. Mas por que não consegui-lo?
Para isso tem a estrutura, a vontade e a paixão.

Mais novidades sofre reflexões investigativas em breve!

sexta-feira, 25 de setembro de 2009

Para o colóquio

Comportamento dos líquidos em capilares

A diferença na pressão que ocorre através de uma interface curva tem muitas consequências importantes. Se o raio de curvatura da interface líquido-gás é negativa (como em uma bolha de gás em um líquido), a pressão é menos no líquido do que é no gás. Nós temos, até agora, interpretado isso como um excesso de pressão dentro da bolha de gás. Quando um líquido está contido num tubo capilar (fig. 5.8) é mais útil pensar na pressão do líquido como sendo negativa com respeito à pressão do gás. Uma pressão negativa (ou pressão de sucção) desse tipo é como uma tensão e a magnitude dessa tensão pode ser muito alta; pode ser limitada apenas pela resistência à tração do líquido.

5.5.1 Pressão capilar

Considere o líquido na figura 5.8. A altura à qual o ele vai subir no capilar é determinado pela curvatura do menisco. Se o raio do tubo é suficientemente pequeno, pode ser desprezada a distorção gravitacional e nós podemos estimar o raio de curvatura, R1 e R2, da interface como R1 = R2 = r/cos theta (fig 5.8(b)), onde theta é chamado o ângulo de contato. (Este é o ângulo entre a superfície do líquido e o sólido, medido no líquido). Nós discutiremos isso em mais detalhes na próxima seção. No momento nós assumimos que isso pode ser observado e medido macroscopicamente com suficiente exatidão.). A pressão deve ser a mesma nos pontos A e B e é menor no ponto C, por uma quantidade rô.g.h. A diferença de pressão através da interface superior é dada por (compare a eq. 5.22):

Equação

e então

Equação 5.43

onde rô1 e rô2 são as densidades do líquido e do vapor, respectivamente. Essa é a simples equação para o aumento da altura do líquido em um tubo estreito e é frequentemente utilizado para a medida da tensão superficial, especialmente de líquidos puros. É realmente pouco praticável quando theta = 0 (que é quando o líquido molha completamente o sólido). Se o ângulo de contato é não-zero, pode ser difícil medir com suficiente exatidão e pode ser variável. Nós estamos preocupados aqui com as consequências práticas da equação 5.43 mais do que suas aplicações na medição de gama (energia superficial).

Continua.

Resposta à pergunta 1

1. Por que os materiais cerâmicos fabricados com matérias-primas monodispersas são caros?

Resposta no meu conhecimento...

a. Os materiais monodispersos são caros. Os processos de fabricação dessas matérias-primas, sem muita dispersão do tamanho de partículas, são processos especiais, químicos em grande parte, que necessitam um controle apurado de cristalização até o tamanho desejado e também da forma. Métodos como sol-gel e Pechini, entre outros, são necessários para o refinamento desses materiais. Não é possível obter uma distribuição muito estreita ou quase inexistente de tamanho de partículas com os processos convencionais de cominuição.

b. Os processos de fabricação de materiais cerâmicos com essas matérias-primas também requerem um maior controle de diversos parâmetros para que se obtenham as propriedades desejadas. O fato de as partículas serem monodispersas, ainda em suspensões com aditivos, dificulta a obtenção de uma cerâmica com densidade próxima da teórica e também boas propriedades a verde. Materiais que sinterizam via fase sólida, ou que necessitam de sinterização sob pressão para adquirir as propriedades, entre outros, têm um valor agregado maior.

Resposta da literatura

...

Pensamentos vagos ainda sobre o novo tema

O processo de self-assembly de partículas coloidais é apenas um dos diversos processos de self-assembly que ocorrem na natureza, desde a escala atômica até a escala macroscópica.

No caso de partículas coloidais, a literatura científica registra que esse processo de auto-organização só é ocorrente em sistemas monodispersos (i.e., sem ou quase sem distribuição de tamanho de partículas - partículas de mesmo tamanho ou tamanho praticamente igual), sendo praticamente inexistentes trabalhos científicos sequer mencionando uma relação entre o processo de self-assembly e sistemas coloidais polidispersos (mais comuns, claro, e com uma distribuição de tamanho de partículas descritível).

Sistemas coloidais monodispersos, entretanto, não são necessariamente os mais adequados para o processamento de cerâmicas, pois para se obter uma melhor compactação e, consequentemente, uma maior densificação, é necessário que exista uma certa distribuição de tamanho de partículas para se obter uma taxa de empacotamento maior.

Muito é pesquisada a fabricação de produtos cerâmicos com materiais monodispersos através do processo de self-assembly. Mas, como a matéria-prima monodispersa normalmente é mais difícil de ser obtida, ela costuma ser mais cara, e consequentemente o custo desse processamento/produto é maior.

Sabe-se, ainda, que na realidade, mesmo os materiais cerâmicos, disponíveis na sua forma monodispersa, têm uma certa distribuição de tamanho de partículas, ainda que com um sigma-g (desvio padrão geométrico) pouco diferente de 1.0.

A simulação computacional do comportamento do self-assembly de partículas se torna uma ferramenta interessante para o entendimento do fenômeno. Uma vez que se sabe que, ainda que considerados monodispersos, os sistemas utilizados têm uma certa distribuição de tamanho de partícula (diferença nos tamanhos), é possível, através da simulação, determinar até que ponto se pode sustentar o fenômeno de self-assembly nesses sistemas.

Se isso puder ser elucidado, determinando quantitativamente o grau máximo de dispersão dos tamanhos de partículas que conseguem sustentar o fenômeno de self-assembly, poderá haver uma redução de custo nos processos/produtos fabricados com materiais cerâmicos monodispersos.

1. Por que as matérias-primas cerâmicas monodispersas são caras?

2. Por que há a necessidade de certos produtos/dispositivos serem fabricados com materiais monodispersos?

3. Cite exemplos concretos de aplicação de produtos fabricados com cerâmicas monodispersas, com matéria-prima particulada na ordem de 0.5 - 10 micra.

4. Quais são as dificuldades de processamento cerâmico usando-se materiais monodispersos?

5. Como traduzir isso tudo para japonês?

6. Por que esse cara tá me rodeando aqui no lab?

quarta-feira, 16 de setembro de 2009

Dia 16 de setembro de 2009

Do artigo "Simulations of self-assembling systems", Raj Rajagopalan, Current Opinion in Colloid & Interface Science 6 (2001) 357-365

Este artigo traz importantes definições e explicações sobre self-assembly e comenda sobre os propósitos da simulação de forma bastante detalhada, de modo que parte do artigo eu não entendi nada ainda.

1. Escopo

A complexidade estrutural dos agregados e fases auto-organizados, sua relação com as interações subsequentes energéticas e entrópicas e os mecanismos de relaxação competidores são bastante conhecidos. Portanto, a necessidade de métodos teóricos e computacionais que tornam mais fácil a interpretação de observações experimentais e servem como ferramentas de predileção são aparentes.
(...)
O termo self-assembly (auto-organização) é ainda mais amplo e se aplica à agregação espontânea e à formação de ordem de constituintes quando eles são misturados em proporções corretas sob condições apropriadas. O processo é reversível e representa um equilíbrio termodinâmico. Mudanças estruturais adicionais também podem ocorrer quando os constituintes estão sujeitos a forças de não-equilíbrio (p.ex., cisalhamento). O processo de auto-organização tem um importante papel em um número de contextos largamente variáveis e os componentes envolvidos podem ser surfactantes sintéticos (p.ex., copolímeros em bloco e surfactantes de cadeias curtas) ou espécies biológicas (p.ex., auto-organização de cadeias duplas de DNA a partir de duas cadeias complementares de oligonucleotídeos, a organização de moléculas de lipídio para formar duplas-camadas e membranas, o dobramento de proteínas e a estereoseletividade presente em várias moléculas receptoras).
(...)
Portanto, um interessante aspecto das simulações dos sistemas auto-organizados é a busca emergente de métodos mesoscópicos (dinâmica de partículas dissipativa - DPD e métodos de gás-rede ou Boltzmann-rede), que buscam conectar fenômenos microscópicos com aspectos macroscópicos (particularmente de dinâmica dos fluidos).

2. Por que simulações?

Simulações não são a panacéia, e elas não substituem teorias, e certamente não experimentos. As simulações são mais bem vistas como experimentos de computador (virtuais) que servem como adjuntos à teoria e a experimentos reais e provêem, por outro lado, informações microscópicas ou macroscópicas inacessíveis (ou não facilmente acessíveis) que teóricos e experimentais podem usar.

Experiências mostram que até mesmo simulações curtas (...) provêem um caminho útil em relação ao tamanho, forma, rugosidade de superfície e estrutura interna dos agregados e podem ainda ajudar a esclarecer observações experimentais. As simulações podem também ser úteis em situações nas quais os experimentos podem ser inviáveis (p.ex., sistemas a altas temperatuas ou pressões). As simulações da auto-organização de surfactantes pode também prover importantes dicas na física dos processos fundamentais, como a geometria de superfícies aleatórias, estrutura e dinâmica de superfícies amassadas e transições de fases em membranas. Ainda, como já citado, técnicas de modelamento mediadas por surfactantes têm muito a oferecer para a síntese de novos materiais nano-estruturados.

3. Citação sobre simulações mesoscópicas

(...) Primeiramente, os modelos mesoscópicos são assim chamados porque retêm (ou iniciam de) alguns dos elementos da abordagem microscópica (p.ex., alguma forma de forças de interação de pares efetiva definida adequadamente, uma equação tipo Langevin governando equações de movimento, etc.), enquanto buscam um comportamento em macroescala (p.ex., dinâmica do crescimento de clusters ou dinâmica do contínuo de Navier-Stokes).
(...) A dinâmica de partículas dissipativas (DPD), introduzida no início dos anos de 1990, e reformulada depois para sua forma atual, é talvez o métodos mesoscópico para sistemas de surfactantes.

4. Citação sobre microescala, simulações atomísticas

Apesar das simulações MD (de dinâmica molecular) anteriores terem tido sucesso ao predizer distribuições de tamanho, detalhes estruturais dos agregados, condições de micelização, etc., elas muitas vezes ignoraram detalhes de nível molecular como ion binding e especificidade química. (...)

segunda-feira, 14 de setembro de 2009

Hace tiempo que no escribo acá

Disculpenme! Voy a usar este espacio hoy para escribir algo relacionado a mi investigación en portugués. Sorry!

Definição de auto-organização (self-assembly):

Auto-organização é a agregação espontânea de pequenas unidades em materiais com desejável estrutura ou função.

Alguns tópicos sobre isso:
Do artigo "Self'assembly at all scales" - Science 295 (2992) 2418 (Whitesides, G. et al)

Auto-organização é a organização autônoma de componentes em padrões ou estruturas sem a intervenção humana. Os processos de auto-organização são comuns na natureza e na tecnologia. Eles envolvem componentes desde a escala molecular (cristais) até a escala planetária (sistemas climáticos) e muitos tipos diferentes de interações. O conceito de auto-organização é usado crescentemente em muitas disciplinas, com um diferente sabor e ênfase em cada.

Entre as razões pelas quais há interesse grande na AO,
  • A AO é uma das poucas estratégias práticas para fazer exemplos de nanoestruturas. Será, portanto, uma parte essencial da nanotecnologia.
  • A AO é comum a muitos sistemas dinâmicos, de multicomponentes, desde materiais inteligentes até estruturas de auto-cura para sensores em rede e redes de computadores.
AO não é, entretanto, um assunto formalizado, e as definições do termo AO parecem ser ilimitadamente flexíveis.

A AO pode se dividir em dois grandes grupos: estática e dinâmica.

Na AO dinâmica, as interações responsáveis pela formação de estruturas ou padrões entre componentes apenas ocorrem se o sistema está dissipando energia. Os padrões formados por competição entre reação e difusão em reações químicas oscilantes são simples exemplos.

Definem-se duas variantes ainda para AO: na AO com modelada, as interações entre os componentes e as propriedades regulares em seu ambiente deterinam as estrutuas que se formam. A cristalização em superfícies que determinam a morfologia do cristal é um exemplo. A cristalização de colóides em campos ópticos tridimensionais é um outro exemplo.

Propriedades comuns da AO

A AO reflete informações codificadas (como forma, propriedades de superfície, carga, polarizabilidade, dipolo magnético, massa, etc.) em componentes individuais: essas características determinam as interações entre elas.

A AO molecular envolve interações não-covalentes ou interações covalentes fracas (como van der Waals, eletrostática e interações hidrofóbicas, ligações coordenadas ou de hidrogênio).

Pelo fato de a AO requerer que os componentes sejam móveis, usualmente ela ocorre em fases fluidas ou em superfícies suaves. O ambiente pode modificar as interações entre os compoenntes. O uso de fronteiras e outros modelamentos na AO é particularmente importante, porque os modelos podem reduzir defeitos e controlar as estruturas.

A AO dinâmica é também comum em sistemas não-vivos, apesar desses processos serem menos estudados e menos entendidos, do que em sistemas vivos. Reações oscilatórias em solução e na superfície de catalisadores, células de convecção de Rayleigh-Beernard, padrões que se formam em substratos fluidizados de partículas e células STORM na atmosfera são todos exemplos.

Aprendendo doutros

Diferentes campos da ciência tomam diferentes caminhos para o entendimento. Cada um traz algo para a AO. Os químicos e engenheiros tendem a resolver problemas com o design e a síntese (ou fabricação, ou construção) de novos sistemas, os físicos observam sistemas existentes, os biólogos fazem modificações ao misturar partes preexistentes. Cada estilo será importante em algum aspecto da AO.

Entre as aplicações presentes e futuras, algumas são destaque na área em busca nesta pesquisa:

1. Cristalização em todas as escalas. A formação de redes cristalinas e regulares é um processo fundamental na AO, e é um método para converter partículas menores que 100nm em materiais fotônicos. Usando componentes de escala micrométrica pode levar a novas rotas para dispositivos microeletrônicos.

3. Nanoescala e tecnologia. Há dois avanços na fabricação de nanosistemas-o fundo e o topo-A síntese química está desenvolvendo uma variedade de métodos para fazer nanoestruturas- colóides, nanotubos e fios-para usar nos avanços de fundo (base). A AO oferece uma rota para associar esses componentes em conjuntos maiores e funcionais.

2,4 e 5 suprimidos.

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Uma das razões do rápido crescimento da AO como um campo de pesquisa é que este campo é uma solução para o problema de sintetizar estruturas maiores que moléculas. A estabilidade de ligações covalentes habilita a sínteses de quase todas as configurações arbitrárias de até 1000 átomos. Moléculas maiores, agregados moleculares e formas de organizar a matéria mais extensas que as moléculas não podem ser sintetizadas ligação por ligação. A AO é uma estratégia para organizar a matéria nessas largas escalas.

E então, a AO traz uma solução para a fabricação de segregados ordenados a partir de componentes com tamanhos de nanometros a micrometros. Esses componenters caem estranhamente entre os tamanhos que podem ser manipulados pela química e pela manufatura convencional. Essa faixa de tamanhos vai ser importante para o desenvolvimento da nanotecnologia (e a expansão da microtecnologia em áreas diferentes da microeletrônica. Também será uma área na qual o entendimento de estruturas e processos biológicos, e usando esse entendimento para mímicas não-biológicas, haverá muitas oportunidades de construir sistemas com novos tipos de função.



terça-feira, 26 de maio de 2009

Mujeres y amigos.

Let`s see if this stuff works...

Bien, vamos a ver. Cuando no sé como se dice en Español, voy a intentar decir en inglés o mismo en portugués, que tal? No voy utilizar los señales "?!"en las posiciones invertidas, pues no tengo paciencia para eso ni lo sé.

Yo soy el tipo de persona que cree en amistad entre hombres y mujeres. Muchas personas dicen que "Si tiene una amistad, sin duda también hay algo más"... que puede se revelar en el futuro o no. Bien, si eso fuera verdad, yo tengo un banco de mujeres a mi disposición para tener con ellas "algo más" a cualquier momento!!!


Yo y algunas viejas amigas (excepto por Izumi, que es hombre, jajajajaja)



Verdad, tengo muy buenas amigas... unas que solo me aguantan, otras que siempre me quieren bien (es porque no conviven tanto conmigo) y las otras cuya amistad es tan íntima que llegan a punto de escojerme - y solo a mí - para descargar las irritaciones del período (o esa será una queja de todos los hombres?)... y antes, yo pensaba que pelear con mujeres en el período se limitaba a la novia o a la esposa...

Claro, no vamos a ser hipócritas, claro que con chicas que eran (son) amigas, ya tuvo unos besitos... los casos donde la regla arriba expuesta se aplica, jejejeje.... algunas veces eso tuvo un buen resultado, continuamos amigos, pero en la mayoría de los casos, la probabilidad es de la relación se acabar, y con ella la amistad. Pienso que una amistad que origina una relación normalmente es superficial, con segundas intenciones desde el empezo.

Amigas maravillosas, física y espiritualmente, yo las tengo y me privilegío con su existencia.

Por eso creo sí, en amistad entre hombres y mujeres, todavía también se puede decir que creo parcialmente en el dicho "céptico".

Mis amigos que me son amigos sin interés o solo por conveniencia, me son un tesoro especial y les deseo que me aguanten hasta mi muerte.

No olvide: amigos podemos escojer. Ni familia se escoje. Entonces tenemos que valorizarlos lo máximo.