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LaMaV: 25 anos de equilíbrio entre ciência e tecnologia

LaMaV: 25 anos de equilíbrio entre ciência e tecnologia. Edgar D. Zanotto DEMa – UFSCar. Missão e filosofia de trabalho Hist ó rico - financiamento Instala ções e equipamentos Pesquisadores / visitantes Linhas de pesquisa / C i ê ncia e tecnologia

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LaMaV: 25 anos de equilíbrio entre ciência e tecnologia

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Presentation Transcript

  1. LaMaV: 25 anos de equilíbrio entre ciência e tecnologia Edgar D. Zanotto DEMa – UFSCar

  2. Missão e filosofia de trabalho Histórico - financiamento Instalações e equipamentos Pesquisadores/visitantes Linhas de pesquisa / Ciência e tecnologia Exemplos de resultados importantes: mestres, doutores, artigos, patentes, citações, palestras convidadas, prêmios, produtos e processos Outline

  3. Materiais não cristalinos (possuem ordem estrutural a curto alcançe) que apresentam o fenômeno de transição vítrea. Podem ter qualquer tipo de ligação química (metálica, iônica, covalente, molecular, mixta...) Materiais vítreos

  4. Materiais vítreos

  5. Materiais vítreos

  6. FORMAR excelentes engenheiros e pesquisadores; AVANÇAR as fronteiras do conhecimento; AUXILIAR as empresas acima de suas expectativas; INOVAR no setor de vidros e materiais correlatos Missão

  7. A filosofia de trabalho Equilíbrio entre C & T • Realizar pesquisa básica de nível internacional e aplicar o mesmo método ao desenvolvimento de tecnologia. • Encaramos a pesquisa como um longo e complexo jogo, que evolui lentamente, artigo a artigo (ou produto a produto), cada um com infinitesimal contribuição, visando revelar as leis naturais e levar ao bem estar geral. • O método científico e a criatividade são os principais instrumentos.

  8. Perseguir objetivos relevantes e claramente definidos; Realizar pesquisa de longo prazo; com projetos de longa duração. Visamos atingir as fronteiras do conhecimento em cada assunto escolhido; Publicar artigos com originalidade, rigor e honestidade. A qualidade, e não a quantidade, deve ser privilegiada. Pesquisa básica:

  9. Trabalhos em parceria com empresas Atualiza-se. Aprende-se engenharia. Viabilizam inovação. Atraem recursos. Divulgam a universidade. Abrem novas fronteiras para os engenheirandos e pós-graduandos... Pesquisa tecnológica: "There are two aspects of science. First, science is a body of useful and practical knowledge. In its second form, science is a pure intellectual study. Its aim is to satisfy the needs of the mind; it appeals to nothing but the disinterested curiosity of mankind. There is sometimes opposition between the devotees of practical and pure science. However, it is now generally recognized that the two forms of science, whatever may be their relative value, are in fact inseparable." What is Science?- Norman Campbell (1921).

  10. Projetos pesquisa têm sido levados a cabo com os recursos de agencias: FINEP, CEDATE, CNPq, FAPESP, PADCT, RHAE, PRONEX, CYTED. Trabalhos de pequeno e médio porte, de desenvolvimento de materiais e processos de interesse industrial, tem sido financiados por empresas tais como: DARVAS, Cerâmica Saffran, Nadir FigueiredO, Corning Vidros, Tigrefibras, Pirelli, Carborundum, Vale do Rio Doce, USIMINAS, CBPM, SPALL, ALCOA. Histórico - financiamento

  11. De 1977 a 1987 - pequenos projetos De 1987 em diante: Programa de Transferência e Absorção de Tecnologia Ótica: MEC/CEDATE/CARL ZEISS, 1987- 90(US$ l milhão) Nucleação Homogênea e Heterogênea em Vidros e Líquidos Super-resfriados(com C. Kiminami e A. C. Rodrigues): PADCT/(Novos Materiais) 62.0058/91-9, Maio 1992-94(292.000 BTN + US$302.000) Projeto integrado CNPQ: “Nucleação Heterogênea em Cordierita e AnortitaVítreas”:CNPQ 521.603/94-3, Ago 94-96(US$44.300) Projeto RHAE-DEMA sobre Materiais: RHAE 610.387/94-4, Abr 94-96(US$658,800) Infra-estrutura dos laboratórios de cerâmica e vidros: FAPESP 1994/4839-2, Mar 95-96(US$136.600) Histórico - financiamento

  12. Cooperação científíca com a universidade de Jena, Alemanha: CAPES/DAAD/PROBRAL 025/95, Out 95-96(R$ 66.000) Cooperação tecnológica USIMINAS/FAI “Vitro-cerâmicas de escórias siderúrgicas”:USIMINAS, Fev 96-99(R$ 70.000) Programa Nacional de Núcleos de Excelência- PRONEX “Cristalização Controlada de Vidros: Mecanismos, Cinética e Aplicações”:FINEP/ CNPq, Jan 98-03 (R$ 709.000) “Infraestrutura do LaMaV”:FAPESP, Mar 99-00(R$50.000) “Fases Mataestáveis em Vidros”:Cyted, Out 99-03 (US$ 120,000) “Problemas correntes em cristalização de vidros”: FAPESP temático, Set 99-02 (R$ 270.000 + US$ 181.000) Histórico - financiamento

  13. Infra-estrutura

  14. Infra-estrutura Lab. fusão Sala professores, bolsistas, visitantes, biblioteca Lab. tratamentos térmicos LaMaV 530 m2 Lab. preparação amostras Lab. caracterização ótica Lab. propriedades térmicas e reológicas

  15. Pesquisadores / visitantes • Equipe: 1 professor titular e 2 adjuntos, 1 pesquisador visitante (quase sempre), 2 bolsistas de pós-doutorado, 12 bolsistas (IC a doutorado), 1 técnico. • Colaboração com inúmeros pesquisadores do Brasil e do exterior: LNLS / CNPq, IFSC / USP, Universidade do Arizona / USA, Universidade de Jena / Alemanha, BAM / Alemanha, Instituto de Química de Silicatos / Rússia, Academia de Ciências / Bulgária, etc.

  16. Temas de pesquisa • Linhas de Pesquisa: • Cristalização de vidros • Desenvolvimento de vitro-cerâmicas • Propriedades termo-mecânicas e reológicas de vidros • Comportamento elétrico de vidros • Novos vidros • Projetos de pesquisa em andamento: • Tendências atuais em cristalização de vidros • Cristalização controlada de vidros – mecanismo, cinética e aplicações • Cristalização de fases metaestáveis em vidros e bio-vidros • Caracterização elétrica de vidros e cerâmicas por espectroscopia de impedância

  17. De Réamur a Stookey uma história riquíssima . . . • Vidros:materiais sintéticos mais antigos já inventados pelo homem (~ 4.000 aC) com milhares de aplicações domésticas e em engenharia • São metaestáveis, tendem a cristalizar-se espontaneamentedurante a fabricação ou uso, perdendo a transparência e trincando • Se a cristalização for controlada, pode-se desenvolver novos materiais policristalinos, com propriedades não usuais, conhecidos como vitro-cerâmicos (glass-ceramics).

  18. Exemplos de VCs

  19. Portanto, o entendimento e posterior controle dos complexos mecanismos e da cinética de cristalização de vidros têm alta relevância científica e tecnológica. O objetivo geral do projeto é estudar detalhadamente e contribuir para a solução de diversos problemas relevantes, correntes na literatura internacional, sobre os mecanismos e a cinética de nucleação e crescimento de cristais em vidros. Objetivo geral

  20. Estudar teórica e experimentalmente a competição entre a sinterização e a cristalização simultânea de vidros particulados para definir e controlar as condições que favorecem um ou outro fenômeno Objetivos específicos Figure: SEM micrographs of a polydispersed compact of an alumino-borosilicate glass after a linear shrinkage of 8%. Magnification (a) 1200x. Width of the micrograph = 20 microns. (b) Diagram of the Clusters model.

  21. Objetivos específicos Figure: Crystals growing from the surface towards the volume of a spherical soda-lime-silica glass particle (radius  200 microns) in a sintering-crystallization experiment. Necks between particles are clearly shown. (b) SEM micrograph of a surface of the glass sphere heat-treated at (a) 700C/5h.

  22. Objetivos específicos Figure: T-t-- plot for a soda-lime-silica glass distribution of spheres. Dashed T-t region were  > 0.99 and V<0.001. As a reference, Tg ~ 550 oC for this glass.

  23. Objetivos específicos • Examinar a possível nucleação de fases metaestáveis nos estágios iniciais de cristalização em vidros silicatos e, caso alguma seja encontrada, determinar as condições favoráveis e as variáveis importantes (história térmica, impurezas, etc.) para que esse fenômeno ocorra

  24. Objetivos específicos • Determinar a possível dependência da energia interfacial núcleo-líquido com o tamanho dos núcleos e com a temperatura, assim como a sua influência na cinética de nucleação de cristais

  25. Objetivos específicos • Estudar fenômenos correlatos, tais como: mecanismos e cinética de nucleação superficial em vidros; o efeito de OH- (sempre presente como impureza nos vidros silicatos) nas cinéticas de nucleação e crescimento de cristais; testar modelos para testes experimentais sobre a habilidade de formação de vidros; desenvolver de novas vitro-cerâmicas, especialmente de materiais reciclados e bio-vitro-cerâmicas.

  26. FOKIN, V.M. and ZANOTTO, E.D.- Surface and Volume Nucleation and Growth in TiO2 Cordierite Glasses, J. Non-Cryst. Solids 246 (1999) 115. MASTELARO, V.R., ZANOTTO, E.D. Anisotropic Residual Stresses in Partially Crystallized LS2 Glass-Ceramics, J. Non-Cryst. Solids 247: 1-3 (1999) 79-87. BURGNER L.L., WEINBERG, M.C., LUCAS P. , SOARES JR. P.C., ZANOTTO E.D. XRD Investigation of metastable phase formation in Li2O-SiO2 glass, J. Non-Cryst. Solids 255: 2-3 (1999) 264-268. FOKIN V.M., POTAPOV, A., CHINAGLIA C. , ZANOTTO E.D. The effect of pre-existing crystals on the crystallization kinetics of a soda-lime-silica glass: The couryard phenomenon, J. Non-Cryst. Solids 258: 1-3 (1999) 180-186. LEITE, M.L.G., PEITL O., ZANOTTO, E.D. Sintering and Crystallization of Bioglass Powder, Acta Microscópica, V8, suppl. a, Oct (1999) 13-14. WITTMAN E., ZANOTTO, E.D., Surface nucleation and growth in Anorthite glass, J. Non-Cryst. Solids, 271: 1-2 (2000) 94-99 . FOKIN, V. M. and ZANOTTO, E.D., Crystal nucleation in silicate glasses: the temperature and size dependence of crystal/liquid surface energy, J. Non-Cryst. Solids, 265: 1-2 (2000) 105-112. Artigos principais

  27. SCHNEIDER, J., MASTELARO, V.R., PANEPUCCI, H. and ZANOTTO, E.D., 29 Si MAS-NMR studies of Qn structural units in metasilicate glasses and their nucleating ability, J. Non-Cryst. Solids, 273: 1-3 (2000) 8-18. FREDERICCI, C., ZANOTTO, E.D. and ZIEMATH, E.C., Crystallization mechanism and properties of a blast furnace slag glass, J. Non-Cryst. Solids, 273: 1-3 (2000) 64-75. DIAZ-MORA, N., ZANOTTO, E.D., HERGT, R. and MULLER, R. Surface crystallization and texture in cordierite glasses, J. Non-Cryst. Solids, 273: 1-3 (2000) 81-93. MASTELARO, V.R., ZANOTTO, E.D., LEQUEUX, N. and CORTÈS, R. Relationship between short-range order and ease of nucleation in Na2Ca2Si3O9, CaSiO3 and PbSiO3 glasses. J. Non-Cryst. Solids v.262/1-3 (2000) 191-199. BURGNER, L.L., LUCAS, P., WEINBERG, M.C., SOARES JR, P.C. and ZANOTTO, E.D. On the persistence of metastable crystal phases in lithium disilicate glass,J. Non-Cryst. Solids v.274/1-3 (2000) 188-194. MÜLLER, R., ZANOTTO, E. D. and FOKIN, V. M. Surface crystallization of silicate glasses: nucleation sites and kinetics, J. Non-Cryst. Solids v.274/1-3 (2000) 208-231. Artigos principais

  28. FOKIN, V.M., ZANOTTO, E.D. and SCHMELZER, J.W.P. Method to estimate crystal/liquid surface energy by dissolution of subcritical nuclei, J. Non-Cryst. Solids, 278: 1 (2000) 24-32. RODRIGUES, A.C.M. and ZANOTTO, E.D. Research and production of glass in Brazil in the 1990s, Glass Techonlogy Int. 54:2 (1999). PRADO, M.O., ZANOTTO, E.D. and MULLER, R., Model for sintering polydispersed glass particles, J. Non-Cryst. Solids, 279: 2-3 (2001) 169. PEITL, O., ZANOTTO E.D., and HENCH, L. L. Highly bioactive P2O5-Na2O-CaO-SiO2 glass-ceramics, J. Non-Cryst. Solids 292: (1-3) 115-126. ZANOTTO, E.D., PRADO, M.O., Isothermal sintering with concurrent crystallization of monodispersed and polydispersed glass particles. Part 1. Phys. Chem. Glasses, 42:3 (2001) 191-198. Invited. Artigos principais

  29. No período 1999-2002, o grupo apresentou aproximadamente 45trabalhos em congressos nacionais e internacionais. Merecem destaque, entretanto, e dão uma amostra da relevância e repercursão das pesquisas desenvolvidas, as 12 palestras convidadas (sendo9 em congressos internacionais) apresentadas pelo coordenador Relevância e repercursão • 39o Congresso Brasileiro de Cerâmica - Florianópolis, Junho 1999 • Int. School on Crystal Growth - Campinas, Julho 1999 • Int. Symp. Phys. Non-Crystalline Solids - Tucson, Setembro 1999. • IV Simpósio Nacional de Vidros - Ouro Preto, Novembro 1999 • Int. Conference on Non-Oxide Glasses - Florianópolis, Abril 2000 • Crystallization 2000 - Vaduz, Liechteinstein, Julho 2000 • Int. Conf. Frontiers Polymers & Advanced Materials - Recife, Abril 2001 • XIX Int. Congress on Glass - Edimburgh, Julho 2001 • Flow and Fracture in Glasses - Rennes, Outubro 2001 • I Simpósio Mineiro de Ciência dos Materiais - Ouro Preto, Dezembro 2001 • Palesta no 46o Congresso Brasileiro de Cerâmica - São Paulo, Maio 2002 • Royal Society Meeting on Nucleation - Londres, Junho 2002 • Otto-Schot Colloquium - Jena, Julho 2002

  30. 1. VC sinterizadas 1994 (C. Fredericci, E.B. Ferreira, M.O. Prado, C. Casado) 2. Vitro-cerâmicas de rejeitos industriais 1994 (C. Fredericci, E.B. Ferreira) 3. Bio Vitro-cerâmicas 1994 (L.L. Hench, M.L.G. Leite, O. Peitl, C. Ravagnani) 4. Tensões residuais em VC 1993 (V.R. Mastelaro) Histórico – pesquisa aplicada

  31. 1. Darvas-Equipamentos Eletro-Médicos Ltda., Desenvolvimento de vidros para absorção de calor – 2 anos – 1983 (E. Joanni). ** 2. Astra-Brasil Ltda., Reforço químico de cafeteiras de vidro – 3 anos – 1983 (O. Peitl) 3. Nadir Figueiredo Cerâmica, Reformulação de faiança para substituição da argila São Simão – 1 ano – 1985 (S.M. Lucena)** 4. Corning Vidros e MCT, Mercado e perspectivas de cerâmicas especiais no Brasil – 3 meses – 1986 (J.A. Varela)** 5. MCT-FINEP & Pirelli, Perspectivas de P&D em supercondutores cerâmicos – 3 meses (J.A.Varela)** 6. Cia Vale do Rio Doce, Mercado e perspectivas de uso de quartzo em pó de alta pureza no Brasil – 3 meses – 1987 (M.F. Souza)** 7. Tigrefibras, Perspectivas de substituição de amianto em telhas de fibro-cimento – 6 meses – 1987 (E. Wittman) ** 8. Cecrisa S.A, Reformulação e desenvolvimento de mobília de cordierita para fornos cerâmicos – 1987** 9. Brastemp S.A., Desenvolvimento de isolantes térmicos leves expansíveis para geladeiras – 6 meses – 1987 (O. Peitl)** Histórico – P&D com empresas

  32. 10. Carborundum S.A., Comportamento estatístico de fratura de refratários especiais – 1 ano – 1989 (G. Ferreira, A.R. Migliore Jr.)** 11. Pirelli S.A, Tubos de sílica vítrea para fibras óticas via sol-gel – 2 anos – 1989 (M.A. Gusman) 12. Eucatex S.A, Reformulação de composições para fibra de vidro – 6 meses – 1991 ** 13. Usiminas, Vitro-cerâmicas a partir de escórias siderúrgicas – 34 meses – 1994 (C. Fredericci, E.B. Ferreira)** 14. Cia Vidraria Sta. Marina,Reforço químico de vidros para fornos de microondas – 4 meses – 1997 (O. Peitl)** 15. Wheaton S.A, Determinação da causa da variabilidade da fratura de embalagens para remédios – 3 meses – 1998 (V.R. Mastelaro e O. Peitl)** 16. CBPM, Viabilidade de substituição de feldspato por nefelina na fabricação de vidros – 9 meses – 1998 (J. R. Silva)** 17. Maximiliano Gaidzinki, VC sinterizados – 12 meses – (E.B. Ferreira, C. Fredericci) 18. Spall, Software para reformulação de massas cerâmicas– 24 meses 19. Alcoa, Viabilidade de substituição de alumina tradicional por nova alumina na fabricação de vidros – 3 meses – 2002 (J.R. Silva)** Histórico – P&D com empresas

  33. Separação de fases amorfas vs. nucleação de cristais (1977) - *finalizada (A.F. Craievich e P.F. James) Aplicabilidade da teoria geral de transformações de fases (1982) - *finalizada (A.C. Galhardi e P.F. James) Validade da CNT- Energia superficial e fases metaestáveis (1980) - (P.F. James, E. Meyer, M.C. Weinberg, M.L.G.Leite, S.Manrich, V.M.Fokin, P.C.Soares Jr., A.A. Cabral) Cristalização superficial de vidros (1984) - (R. Basso, A.V. Cardoso, E. Wittman, N.D. Mora, E.C. Ziemath, V.M. Fokin, R. Muller, V.M. Mastelaro) Critérios de previsão de abilidade à vitrificação (1988) - (M.C. Weinberg, D.R. Uhlmann, A.A. Cabral, MO Prado, I Avramov, A. Dib) Estrutura molecular vs. mecanismo de nucleação (1989) - (E. Muller, V.R. Mastelaro, J.Schneider, N. Vedisheva) Testes de teorias de cristalização de polímeros (1993) - (A. Celli e L.M. Guimarães) Sinterização vs. cristalização de vidro (1997) - (C. Fredericci, M.L.G. Leite, EB. Ferreira, M.O. Prado) Projetos – cunho científico

  34. Zanotto, E.D. et al.- “REFORMIX 2.0- Software para Reformulação de Massas Cerâmicas”, registro INPI 95000265 (1995). Peitl, O., Hench, L.L., La Torre, G. and Zanotto. E.D.- “Toughned Bioglass- Ceramic for Load Bearing Prosthetics” - US Patent & Trademark Office, depositada em setembro de 1997. Peitl, O., Hench, L.L., La Torre, G. and Zanotto, E.D,- “Bioactive Ceramics and Method of preparing Bioactive Ceramics” - European Patent, depositada em 01.05.98. Ferreira, E.B., Fredericci, C. , Zanotto, E.D., Scudeller L.A.M. - “Vidros e vitro- cerâmicas de escória de aciaria” - em análise pela Usiminas (1999). Fredericci, C., Ferreira, E.B., Zanotto, E.D., “Processo de obtenção de vidros e vitro-cerâmicas via sinterização de vidros reciclados” - PISOS E AZULEJOS ECOLÓGICOS, em preparo. Patentes

  35. Foster Research Prize in Glass Technology – tese PhD – The University of Sheffield Senate, UK. (1982) Prêmio "Associação Brasileira de Cerâmica“ – trabalho"Viscosidade de Vidros pelo Método de Penetração, Parte I". ABC, São Paulo, SP (1983) Menção Honrosa – trabalho "Cristalização Superficial em Vidro Mecanismos“ em co-autoria com R. Basso. ABC, Rio de Janeiro-RJ (1986) Zachariasen Award – Journal of Non Crystalline Solids - série de artigos publicados entre 1987 e 1989, Amsterdan, Holanda. (1990) Menção Honrosa – pela contribuição à indústria vidreira nacional, ABVIDRO, SP (1991) Menção “Bravíssimo” (primeiro lugar) – tese “Overall Crystallization Kinetics of PET” - International School of Polymer Science, Ferrara, Itália (1993). Vittorio Gottardi Prize - International Commission on Glass - pelo conjunto da obra científica sobre vidros, Charleroi, Belgica (1993). Prêmios

  36. Primeiro lugar no Concurso Nacional de Software Educacional e Tecnológico - "Refomix 2.0 - Software para reformulação de massas cerâmicas”. Concedido pela IBM/ MEC, Brasília (1994). Menção Honrosa no 3o Concurso “Peão da Tecnologia de São Carlos”- concedido pela Fundação Parque de Alta Tecnologia de São Carlos, São Carlos (1995). “Honra ao Mérito”- Concedido pela Reitoria da UFScar por ocasião da comemoração dos seus 25 anos, São Carlos (1995) Menção Honrosa no XXIII Concurso Nacional “Prêmio Governador do Estado” 1996 - Invento Brasileiro (1996) concedido pelo SEDAI pela patente “Giz Cerâmico Anti- Alérgico, Macio e Durável” Melhor poster 1998 - III Simpósio Nacional de Vidros, Bonito, Agosto (1998) em co-autoria com O Peitl. Troféu Imprensa - 1998 categoria Cientista /Pesquisador, concedido ABFSC, São Carlos (1998) Menção Honrosa - "Vitro-cerâmica de escória de aciaria", em co-autoria com Eduardo B. Ferreira e Luiz A.Scudeller. Concedido pelo 43o Congresso Brasileiro de Cerâmica. Prêmios

  37. Primeiro lugar no Concurso Nacional de Software Educacional e Tecnológico - "Refomix 2.0 - Software para reformulação de massas cerâmicas”. Concedido pela IBM/ MEC, Brasília (1994). Menção Honrosa no 3o Concurso “Peão da Tecnologia de São Carlos”- concedido pela Fundação Parque de Alta Tecnologia de São Carlos, São Carlos (1995). “Honra ao Mérito”- Concedido pela Reitoria da UFScar por ocasião da comemoração dos seus 25 anos, São Carlos (1995) Menção Honrosa no XXIII Concurso Nacional “Prêmio Governador do Estado” 1996 - Invento Brasileiro (1996) concedido pelo SEDAI pela patente “Giz Cerâmico Anti- Alérgico, Macio e Durável” Melhor poster 1998 - III Simpósio Nacional de Vidros, Bonito, Agosto (1998) em co-autoria com O Peitl. Troféu Imprensa - 1998 categoria Cientista /Pesquisador, concedido ABFSC, São Carlos (1998) Menção Honrosa - "Vitro-cerâmica de escória de aciaria", em co-autoria com Eduardo B. Ferreira e Luiz A.Scudeller. Concedido pelo 43o Congresso Brasileiro de Cerâmica. Prêmios

  38. Conclusão "Os recursos da Fapesp viabilizaram a instalação de toda infraestrutura de um novo laboratório - de padrão internacional - a publicacão de vários artigos importantes e a apresentação de mais de uma dezena de palestras convidadas em congressos. Até o final do projeto, previsto para dezembro deste ano, algumas surpresas ainda poderão surgir. Por enquanto, avançamos as fronteiras do conhecimento sobre as propriedades e a cristalização de vidros, aprendemos e ensinamos - treinamos futuros engenheiros e pesquisadores – e, finalmente, desenvolvemos novos produtos, mas somente os revelaremos após patenteá-los; lição aprendida com o Nuplitec da Fapesp... Tudo foi muito divertido, e assim deve ser o trabalho de pesquisa!"

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