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Unesp cria película para uso em telas planas

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Produzido com bactérias e óleo de mamona, biomaterial de baixo custo desenvolvido pelo Instituto de Química de Araraquara é flexível, resistente e sustentável e pode ser alternativa ao vidro

Uma pesquisa do Laboratório de Materiais Fotônicos do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista (IQ-Unesp), câmpus de Araraquara, pode representar no futuro uma alternativa às atuais telas planas de vidro usadas em celulares, tablets e televisores. O biomaterial desenvolvido é uma película produzida a partir de óleo de mamona, fonte de biomassa abundante no Brasil, e da celulose proveniente de culturas da bactéria Gluconacetobacter xylinus.

Segundo o químico Hernane Barud, um dos participantes da pesquisa, a tecnologia traz diversas vantagens na comparação com o vidro, cuja origem é a sílica, composto inorgânico encontrado na areia, que impacta o meio ambiente em seus processos de produção e de descarte. Patenteada em âmbito nacional, a película criada em Araraquara é obtida por meio de um processo “verde” e sustentável – usa celulose produzida em laboratório proveniente de fontes naturais.

A nova tecnologia dispensa o corte de árvores e a necessidade de separar a celulose de outras substâncias como a lignina e a hemicelulose, impurezas que precisam ser removidas. Barud explica que o único tratamento exigido para originar uma matéria-prima flexível, resistente e parecida com um plástico é a eliminação das bactérias depois da produção da película.

Descarte correto

Uma das vantagens é o fato de a celulose se decompor na natureza em menos de um ano e ainda colaborar para a adubação do solo, ao passo que o vidro exige descarte ambiental específico e centenas de anos para se decompor.

A película também pode ser produzida por outras fontes de carbono capazes de fornecer a glicose necessária para alimentar os micro-organismos. Já foram testados com sucesso o melaço de cana e a goma de caju, dois resíduos agroindustriais baratos, abundantes e ricos em açúcares.

O pesquisador conta que o estudo começou em 2004. Na época, uma empresa nacional solicitou ao IQ-Unesp a caracterização de um biofilme produzido a partir de mantas de celulose bacteriana. O cliente, atuante na área médica e de biotecnologia, desejava produzir curativos com a espessura de um folha de papel de seda e com propriedades terapêuticas especiais.

Concluído o pedido, o passo seguinte foi produzir, no próprio Laboratório de Materiais Fotônicos, as mantas de celulose. Na visão do grupo de pesquisadores, havia outros usos para esse biomaterial, nas áreas odontológica, de preparação de biossensores e de desenvolvimento de novos curativos, entre outras possibilidades.

Transparência

Em 2009, os cientistas de Araraquara começaram a pesquisar o uso da manta como substrato flexível para displays. A qualidade do material foi considerada satisfatória; no entanto, o composto era opaco e não representava alternativa viável ao vidro.

Entre 2010 e 2015, o desafio foi tornar transparente a celulose obtida. Com isso, o IQ-Unesp passou a fazer parte da corrida tecnológica mundial em busca de telas “orgânicas” para celulares e televisores, eletroeletrônicos com vida útil cada vez menor e a preocupação com os impactos ambientais incluídos em seus processos de produção e de descarte.

Depois de vários experimentos, a solução encontrada pelos cientistas da Unesp foi usar óleo de mamona transformado em poliuretano – processo que conferiu a transparência necessária ao material para substituir o vidro.

Além de colaborador do IQ-Unesp, Barud é docente do programa de Biotecnologia do Centro Universitário de Araraquara (Uniara). Ele conta que o trabalho teve financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado (Fapesp) na modalidade Auxílio à Pesquisa, no valor de R$ 45,7 mil. Atualmente, ele busca parceiros para produzir o biomaterial em escala industrial e estruturar um novo negócio.

No IQ-Unesp, a linha de estudos com a película tem a coordenação dos professores Sidney Ribeiro e Younes Messaddeq e apoio do doutorando Robson Silva e dos doutores Maurício Palmieri e Elaine Rusgus. Participam também do trabalho o cientista Wagner Polito, da Universidade de São Paulo de São Carlos e os doutores Marco Cremona e Vanessa Calil, ambos cientistas da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RJ) e do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) do Rio de Janeiro.

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página IV do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 07/01/2016. (PDF)

Pesquisa da Unesp leva a vidro capaz de receber gravações tridimensionais

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Inovação abre novas perspectivas para a produção de memórias de alta capacidade para CDs, DVDs e computadores

Descoberta da equipe de pesquisadores do Laboratório de Materiais Fotônicos do Instituto de Química (IQ) da Unesp, campus de Araraquara, abre novas perspectivas para a indústria de componentes optoeletrônicos: a possibilidade de gravação tridimensional de informações no interior do vidro.

O grupo de estudos é coordenado pelo pesquisador dr. Younes Messaddeq e o vidro especial é parte do trabalho de pós-doutorado de Gaël Poirier, aluno francês especialista em química dos materiais. Há dois anos, ele estuda um vidro especial, composto a partir de uma mistura de óxido de tungstênio, polifosfato de sódio e fluoreto de bário.

Em um dos testes no laboratório, Gaël percebeu que quando irradiava o vidro com raio laser azul ficavam gravadas manchas escuras na altura, largura e no comprimento do pedaço de vidro. Além disso, o pesquisador confirmou que o efeito fotossensível podia ser “apagado”, ou seja, por meio de tratamentos térmicos apropriados, as manchas desapareciam, evidenciando que o efeito é reversível, o que possibilita fazer novas gravações sobre o mesmo material.

“Atualmente, muitas pesquisas em andamento em todo o mundo visam à gravação tridimensional, contudo, a novidade foi conseguir atingir este objetivo utilizando um vidro à base de tungstênio como matéria-prima. O segredo do composto aqui desenvolvido está nos elementos químicos adicionados em pequenas quantidades”, explica Gaël.

O vidro especial tem coloração amarela e, quando irradiado com o laser, muda de cor. O composto é fotossensível, altera suas propriedades quando exposto a luzes especiais. Gaël ressalta, entretanto, que a mancha produzida na experiência não é uma informação digital e somente ilustra, na prática, a possibilidade da gravação tridimensional.

Albert Einstein

Parceria entre o Laboratório de Materiais Fotônicos do IQ e o Instituto de Estudos Avançados do Centro Técnico Aeroespacial (CTA) de São José dos Campos permitiu nova demonstração da experiência. A pedido da equipe do IQ-Unesp, os profissionais do CTA gravaram de modo tridimensional a face do físico Albert Einstein numa amostra de vidro de um centímetro de largura por três de altura.

A variedade especial de vidro abre, também, perspectivas para a pesquisa de novos componentes miniaturizados, capazes de substituir CDs regraváveis, DVDs e cartões de memória utilizados, por exemplo, em câmeras fotográficas digitais e celulares.

“Um dos próximos passos será preparar uma película fina de alguns mícrons (a milionésima parte do metro) desse material e verificar se o efeito é o mesmo observado no vidro. Esta película fina seria capaz de substituir a que atualmente é utilizada em CDs e DVDs”, aponta Gaël.

Outro modo de armazenar informações em três dimensões emprega o uso de técnica especial: a holografia, que permite ampliar ainda mais a capacidade de armazenamento de dados por centímetro cúbico de material.

O aluno de pós-doutorado dr. Marcelo Nalin, que desenvolve sua pesquisa no Instituto de Física da Unicamp em Campinas, sob a orientação da cientista Lucila Cescato, trabalha em parceria com os doutores Gaël e Younes. São os únicos pesquisadores, no Brasil, a estudar o fenômeno de fotossensibilidade em vidros de tungstênio, usando a técnica holográfica.

Produção e investimento

Gaël não recebeu investimento específico para a pesquisa, somente sua bolsa de pós-doutorado, que é mantida pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado (Fapesp). Nas experiências, utilizou a infra-estrutura de equipamentos do IQ e contou com o auxílio financeiro da Fapesp para a compra de reagentes de partida e cadinhos de óxido de alumínio e platina, usados para a fusão das substâncias.

A temperatura de fusão no cadinho depende da composição inicial do material e varia entre mil e 1.600°C. Depois da síntese do vidro, a amostra é submetida a um recozimento que demora quatro horas. Em seguida, resfriada gradualmente até chegar à temperatura ambiente.

A fase final do processo de fabricação é o polimento nas superfícies, passo importante para assegurar a qualidade óptica do material. Para confirmar o estado vítreo da amostra, o material é submetido a técnicas de caracterização: difração de raios X, análise térmica e observação visual.

Patente solicitada

O vidro fotossensível de Gaël já tem pedido de patente encaminhado ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) e será estendido, no ano que vem, para os Estados Unidos, Japão, Inglaterra, França, Alemanha, Suécia, Itália, Austrália e China. Depois da obtenção da patente definitiva, o novo material sintetizado será apresentado em congressos científicos. Até o momento, a única apresentação no exterior ocorreu durante workshop sobre materiais avançados, realizado em junho do ano passado, na Universidade de Münster, na Alemanha.

Agora, o desafio da equipe do IQ é aperfeiçoar ainda mais o material e encontrar parceiro comercial. Ele precisará investir na tecnologia, adaptar o vidro para ser capaz de receber e processar informações digitais e, também, dispor de um gravador capaz de escrever e apagar os dados nas três dimensões.

O volume de informações que pode ser gravada por centímetro cúbico do vidro ainda não foi estimado. Porém, a equipe do Laboratório de Materiais Fotônicos prevê que a capacidade de armazenamento seja superior à dos CDs e DVDs atuais. “O limite teórico é de 1,6 terabytes, que corresponde a 1,6 mil gigabytes de dados. Um DVD suporta 4,7 gigabytes”, explica Gaël.

Outra vantagem do vidro fotossensível é ser uma matéria-prima limpa, barata e reciclável. A variedade obtida por Gaël é mais cara que os vidros tradicionais, produzidos à base de silicato (areia). Entretanto, seu custo é inferior ao utilizado atualmente nos CDs regraváveis, produzidos com calcogenetos, elementos tóxicos e com preços mais altos de produção.

Rogério Mascia Silveira
Da Agência Imprensa Oficial

Reportagem publicada originalmente na página II do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 02/07/2005. (PDF)

Unesp de Araraquara torna-se referência mundial em pesquisa com fibras ópticas

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O mais aparelhado centro acadêmico do País, Laboratório de Materiais Fotônicos do Instituto de Química, desenvolve aplicativos para telecomunicações, biomedicina e sensoriamento remoto

O Laboratório de Materiais Fotônicos do Instituto de Química (IQ) da Universidade Estadual Paulista (Unesp) é o mais aparelhado centro acadêmico do País para pesquisa e desenvolvimento de fibras ópticas. Instalado no câmpus de Araraquara, é o único da América Latina que dispõe de duas torres de puxamento de fibras ópticas, dispositivo tecnológico utilizado nas áreas de telecomunicações, sensoriamento remoto de estruturas de concreto e biomedicina.

A pesquisa é centralizada nos materiais fotônicos, cujas propriedades físico-químicas, térmicas, elétricas e mecânicas permitem a transmissão de dados na velocidade da luz, de cerca de 300 mil quilômetros por segundo. As malhas com redes de fibras ópticas têm aplicações distintas em rodovias, ferrovias e em ligações subterrâneas e marítimas, capazes de interligar até mesmo continentes. Os sinais luminosos das fibras ópticas transportam dados, vozes, filmes, imagens e qualquer tipo de informação.

O grupo de cientistas é liderado pelos professores Younes Messaddeq e Sidney José Lima Ribeiro. Sua equipe é composta por estudiosos de diversas nacionalidades, como o russo Igor Skripacheve, que desenvolve fibras a partir de sulfetos de arsênio e de germânio, alunos bolsistas franceses e pesquisadores brasileiros como Édison Pecoraro. Os estudos são aplicados no aprimoramento de novas bandas para transmissão de dados e de sinais de alta potência.

Melhores soluções

A tecnologia de desenvolvimento de fibras ópticas é conhecida em diversos laboratórios brasileiros e internacionais de pesquisa de ponta, que competem entre si para oferecer as melhores soluções. “O desafio dos pesquisadores da Unesp é produzir novos materiais que possam contribuir com a sociedade em diversas aplicações”, comenta Messaddeq.

“É crescente a demanda das empresas por fibras ópticas que suportem volumes cada vez maiores de dados. Elas serão usadas em sistemas como a TV digital de alta-definição, aplicações em telefonia celular e tecnologia da informação”, explica.

Messaddeq conta que o campo para pesquisas sobre o tema ainda é fértil. “Quem tiver mais e melhores opções para o uso das fibras tende a se sair melhor na disputa por mercados. O investimento em tecnologia nacional possibilita baratear produtos e reduzir a demanda pela importação de componentes.”

Outra preocupação permanente do laboratório é a reposição e formação de novos pesquisadores. “Investimos em alunos de graduação e pós-graduação que fazem estágio e cursam disciplinas obrigatórias e optativas nas áreas de química, física e aplicações industriais. O sucesso dos trabalhos também depende deles”, finaliza.

Torres de puxamento

As duas torres de puxamento de fibras ópticas têm em média dez metros de altura. Segundo Édison Pecoraro, pesquisador pós-doutorado do laboratório, a distância é necessária para que aconteça o resfriamento da fibra, que tem como matéria-prima um pequeno bloco de vidro com características especiais do ponto de vista físico, químico, térmico, mecânico e óptico.

“O processo se inicia no alto, com o derretimento do material num forno de raios ultravioleta que vai pingando e afunilando até chegar embaixo e atingir a espessura desejada, que pode ser mais fina que um fio de cabelo, depois vai sendo enrolado e colocado em bobinas”, comenta.

Édison explica que o investimento na pesquisa de fibras ópticas possibilita a empresas como a Petrobras economizar recursos em processos de difícil execução. “Imagine numa rede ultramarina, onde os cabos são fixados a 5 mil metros de profundidade, em alto-mar, ocorrer a necessidade de se fazer um reparo numa rede de comunicações, cujo cabo tem 60 centímetros de diâmetro, e só existem quatro navios no mundo capazes de fazer o conserto”, relata.

“É preciso retirar o cabo, que pesa algumas toneladas, com um guindaste até a superfície, serrar o revestimento externo, trocar o ponto defeituoso, fechar novamente e recolocá-lo. Assim, é mais barato substituir esses sistemas eletrônicos por equivalentes ópticos, que têm menos peças e custo final, exigem menos manutenção e oferecem maior eficiência”, salienta.

Patrocínios

Os projetos de pesquisa têm patrocínio público da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado (Fapesp) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Entre os parceiros e clientes privados estão instituições como Ericcson (Suécia) e Verillon (Estado Unidos).

Rogério Mascia Silveira (texto e fotos)
Da Agência Imprensa Oficial

Reportagem publicada originalmente na página I do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 13/03/2004. (PDF)