A cada dia que passa mais se conhece sobre a arte e o encanto que é entender e controlar os materiais. O profissional dessa área está em constante transformação e é movido a desafios. Isso porque o mundo está em constate transformação e novas necessidades aparecem todos os dias.

Este profissional trabalha com a estrutura, o processamento, as propriedades e aplicações dos materiais. Se quiser entender mais a fundo sobre as funções e oportunidades de carreira que este tipo de formação possibilita fique à vontade para ler uma matéria já publicada por mim.

Nessa matéria separei 5 grupos de materiais que vieram para revolucionar o mundo. E com certeza, a culpa é dessa engenharia tão complexa, vulgo Engenharia de Materiais.

1 – Materiais Compósitos

Materiais que podem ser criados a partir da junção de dois ou mais tipos de materiais com o intuito de terem propriedades diferentes e apresentarem sinergia por meio da ação combinada de propriedades individuais. São materiais que apresentam resistência mecânica e a corrosão ao mesmo tempo que são leves. São materiais que podem ser rígidos e ao mesmo tempo apresentarem tenacidade à fratura significativa associada à baixa massa específica.

Atualmente são materiais queridíssimos na indústria petrolífera, automobilística e aeroespacial. São materiais que podem ser criados e recriados para baratearem e substituírem materiais ditos como tradicionais. A perspectiva é que essas substituições ocorram exponencialmente nos próximos anos.

2 – Biomateriais

Biomateriais constituídos tanto de polímeros, cerâmicas, metais e compósitos já possuem uso bem consolidado em várias aplicações médicas. Porém, novas tecnologias e diferentes composições de materiais são desenvolvidas para auxiliar e alavancar o desenvolvimento da medicina. Um exemplo são os inovadores scaffolds na engenharia tecidual, especificamente na área de medicina regenerativa.

Os biomateriais são ferramentas inovadoras utilizadas na reconstituição de tecidos e de órgãos. Esses materiais biocompatíveis e biodegradáveis chamados de scaffolds são usados como matrizes para o crescimento celular. Por exemplo, células tronco podem ser cultivadas com o intuito de construir um tecido in vitro a partir desses suportes. Essas estruturas agem como um suporte para o crescimento celular a fim de auxiliar na regeneração ou construção de um novo tecido.

3 – Polímeros biodegradáveis

Polímeros sintéticos descartados de forma erronia são uma das maiores causas de poluição causada pelos polímeros no mundo. Além do aprimoramento do descarte correto desse tipo de material, polímeros biodegradáveis são desenvolvidos e pesquisados para serem solução parcial para diminuir a quantidade de resíduos plásticos.

Existem grandes perspectivas com essa “era dos polímeros biodegradáveis”, com centros de pesquisas, universidades e empresas se juntando para buscarem soluções efetivas para a substituição dos polímeros comuns pelos biodegradáveis. Um exemplo de aplicação já consolidada e que está buscando a substituição de polímeros comuns pelos polímeros biodegradáveis são o desenvolvimento de embalagens e canudos biodegradáveis, que muitas vezes podem ser até comestíveis.

Existem polímeros biodegradáveis naturais e sintéticos, e muitas pesquisas estão focadas em aprimorar técnicas para produzir esses polímeros biodegradáveis e os seus produtos. Uma diretriz de pesquisa de desenvolvimento de produto é no aprimoramento da tecnologia produtiva de polímeros biodegradáveis, pois existe um alto custo de sua produção, por enquanto.

4 – Nanomateriais e nanotecnologia

Uma revolução no mundo dos materiais vem acontecendo no domínio dos nanomateriais. A nanotecnologia tem despertado o interesse de vários grupos de pesquisa por todo o mundo. Isso pode ser justificado pela enorme possibilidade de aplicações em vários setores industriais, utilizando os mais diversos dos materiais em escala nano (polímeros, cerâmicas, metais, semicondutores, compósitos e biomateriais).

São materiais estruturados em escala nanométrica, originando nanopartículas, nanotubos e nanofibras, formados por átomos ou moléculas.

Da mesma forma que existe uma vasta compreensão do comportamento dos materiais em sua estrutura micro até na escala macro, a nanotecnologia tem muito ainda que ser compreendida.

Essa habilidade de medir, manipular e criar matéria em nanoescala, como por exemplo, os nanotubos de carbono, são descobertas científicas que atraem os olhares e atenção de vários grupos de pesquisa e começam a apontar para possíveis avanços gerados pela ciência em um futuro próximo.

5 – Materiais e a Impressão 3D

De forma simplista, a impressão 3D é simplesmente uma tecnologia que cria um objeto físico a partir de um modelo digital. É muito promissora pois oferece a possibilidade de produzir produtos sob dimensões específicas e personalizadas para o cliente. Além disso, esse processo produtivo possui custo e tempo inferior quando comparado a outros processos, como, por exemplo, o processo de injeção.

Já existem diferentes tipos de impressoras no mercado e suas aplicações em relação a desenvolvimento de produto abrange diversas áreas, como, automobilística, medicinal, arquitetônico, entre outros.

Polímeros são os materiais mais atualmente conhecidos e usados em impressoras 3D. Exemplos desses polímeros são o ABS, PETG, HIPS, PLA, resinas e etc.  Outros tipos de materiais também são usados em impressoras 3D para produção de produtos, como, por exemplo, metais, concretos e vidros. Porém, é importante deixar claro que cada um desses materiais deve ser utilizado em uma impressora apta e ideal a receber o material.

E além disso tudo sabe o que é ainda mais interessante?

É correlacionar essas inovações. Por exemplo, alguns cientistas estão ficados na fabricação de vasos sanguíneos artificiais impressos em impressoras 3D para uso medicinal a partir de uma biotinta formulada a utilizando células musculares lisas de uma aorta humana e células endoteliais de uma veia umbilical. É incrível, não é? As possibilidades são infinitas e a criatividade e a inovação sempre andarão de mãos dadas.

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Tenho certeza que em algum momento na sua vida você já ouviu falar sobre metais, cerâmicas e materiais poliméricos. Mas você já ouviu falar sobre os compósitos? Não? Já, mas não entendeu direito? Então chega mais que eu vou te contar sobre eles. Venha comigo!

A essência dos materiais compósitos é combinar, em nível macroscópico, pelo menos duas fases diferentes. Essas fases distintas dos materiais compósitos são denominadas de matriz e reforço/carga. A matriz é a fase aglutinante, que irá proteger o reforço/carga e tornar possível que os reforços transfiram esforços mecânicos entre si e trabalhem de forma interconectada. A matriz pode ser tanto metálica, polimérica como cerâmica. O reforço proporciona uma melhora no desempenho mecânico do compósito e cargas geralmente são usadas para baratear materiais já existentes.

A sinergia dos compósitos

Projetando e desenvolvendo materiais compósitos é possível combinar diversos materiais, os quais juntos irão ter propriedades especiais, características que, via de regra, nenhum dos seus constituintes separadamente teriam. É como se fosse escolher as qualidades de no mínimo duas pessoas e colocar em uma única pessoa. Isso seria perfeito, não é mesmo? Por enquanto não conseguimos modificar as pessoas de tal modo, mas em projetos de materiais compósitos isso é possível!

Nos materiais compósitos existe uma região que é denominada interface. Essa região é considerada o coração do compósito. Nela existe uma descontinuidade das propriedades entre a matriz e o reforço, e, geralmente é onde ocorrem as falhas do compósito. Até entre os materiais é preciso dar match sabiam? Essa interface precisa ser estudada e otimizada para garantir a máxima compatibilidade, certificando o desempenho estrutural do compósito.

Sabe aquelas aplicações onde o material precisa desempenhar algumas funções de forma simultânea? Como, por exemplo, ser resistente a corrosão ao mesmo tempo que resistente mecanicamente? Materiais compósitos combinam as propriedades dos seus constituintes, como resistência mecânica e resistência a corrosão, ou rigidez e tenacidade à fratura aliada a baixa densidade.

Os reforços/cargas podem ser incorporados com diversas geometrias na matriz, podendo ser reforços particulados, fibrosos, nanoestruturados ou estruturais, como os laminados e painéis sanduíche. Quando se trabalha com compósitos a criatividade é infinita, as possibilidades são gigantescas e, comumente o Engenheiro de Materiais é o líder do projeto.

Materiais compósitos são materiais de tecnologia de ponta

Apesar desses materiais serem apelidados de tecnologia de ponta por serem muito utilizados em aeronaves e helicópteros, carros de Fórmula 1, plataformas de petróleo, estruturas inteligentes e em outras aplicações, esses materiais tem origem a incontáveis milhares de anos atrás, já que as madeiras, os ossos e os tecidos musculares são exemplos de compósitos naturais.

Os queridinhos entre os materiais compósitos são aqueles produzidos utilizando reforços contínuos por terem um excelente desempenho estrutural, consequência direta da resistência e rigidez específicas. Muitos dos avanços tecnológicos recentes devem o seu sucesso aos materiais compósitos, principalmente os relacionados com aplicações nas áreas da aeronáutica, aeroespacial, petroquímica, naval, bioengenharia, automobilística, construção civil e de artigos esportivos, entre outros.

Substituição de materiais “convencionais” por compósitos

Materiais compósitos são muito utilizados como substitutos dos materiais existentes, tanto para baratear como para otimizar o desempenho estrutural dos mesmos. Por exemplo, atualmente, em ambientes de exploração de petróleo e gás são usados aços inoxidáveis, os quais estão sendo substituídos por compósito epóxi/fibra de vidro. Outra substituição muito presente também é em aeronaves, onde o alumínio está sendo substituído por compósitos epóxi/fibra de carbono e epóxi/fibra de vidro. Já existem aeronaves que possuem mais de 60% de sua fuselagem feita de materiais compósitos. Isso é incrível, não é?

Outro tipo de compósito que também são bem queridinhos são os que utilizam as fibras naturais. Isso porque essas fibras naturais envolvem aspectos ambientais e econômicos que precisamos ficar de olho. O uso de fibras naturais é vantajoso principalmente por serem recicláveis, não tóxicas, muito baratas e biodegradáveis. Porém, em desvantagem, o uso de fibras naturais limita a aplicação do compósito em certos ambientes, principalmente onde existem temperaturas elevadas. Exemplos de fibras naturais são as fibras de sisal, coco e juta.

Então é isso! Projetos de desenvolvimento e otimização de materiais compósitos são complexos, dinâmicos e desafiadores. Gostou da matéria? Deixe o comentário.

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