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Item Materiais multifuncionais multiferróicos nanoestruturados: síntese, propriedades, fenomenologia e aplicações(2017-05-30) Eiras, Jose AntonioA contínua e crescente demanda por dispositivos eletro-eletrônicos, com alto desempenho e multifuncionais e o vertiginoso avanço da nanotecnologia requerem o desenvolvimento de novos métodos e técnicas para a produção e caracterização de materiais nanoestruturados e de modelos fenomenológicos para descrever/predizer algumas de suas propriedades. A demanda por multifuncionalidade requer, por sua vez, novos materiais, que possam integrar duas ou mais propriedades físicas de alto interesse tecnológico. Dentro desse contexto materiais multiferróicos podem ser considerados como os que melhor permitem integrar duas ou mais propriedades físicas de alto interesse tecnológico, além de propiciarem novos desafios para o domínio de processos de síntese de novos materiais, para o desenvolvimento de novos dispositivos e para o modelamento e simulação de suas propriedades físicas. Este projeto multidisciplinar visa promover um salto qualitativo nos trabalhos que vimos realizando através de uma abordagem ampla, atual e especializada, centrada participação de grupos de reconhecida competência (e em temas complementares). Através de uma abordagem experimental (síntese, processamento e caracterizações) e teórica (modelamento fenomenológico e simulação por Dinâmica Molecular-DM) pretendemos investigar materiais multifuncionais multiferróicos nanoestruturados (MMMN), baseados em materiais ferroelétricos/ (anti-) ferromagnéticos/ ferroelásticos. Materiais nanoestruturados (corpos cerâmicos ou filmes ultrafinos) serão produzidos por sinterização por "Spark Plasma Sintering" (SPS), microondas ou RF Sputtering. Os sistemas básicos a serem investigados são: cerâmicas "livres de chumbo" à base de BaTiO3 - BT; cerâmicas à base de PbTiO3 - PT; cerâmicas magnetoelétricas "ferroelétrico/(anti-)ferromagnético" (à base de Pb(Fe,Nb)O3 e Pb(Fe,W)O3); compósitos magnetoelétricos (0-3 e 2-2) à base de PT + ferritas dos sistemas CoFe2O4 e Pb1/3Mg1/3Nb2O3 - PT + ligas de Heusler NiFe2O4 e Ni-Mn-Ga (Ni2+xMn1 xGa). Contribuições relevantes são esperadas em três pilares fundamentais no desenvolvimento de novos materiais: métodos de processamento de materiais nanoestruturados ("bulk" e bidimensionais), modelamento e simulação de propriedades fundamentais (correlação estrutura/microestrutura-propriedades) e desenvolvimento prospectivo de protótipos de novos sensores e atuadores. A equipe coordenadora é constituída por pesquisadores com larga experiência em pesquisa em materiais, com abordagens complementares, o que consideramos imprescindível para uma investigação abrangente nos diversos objetivos propostos. 1 - Grupo de Cerâmicas Ferroelétricas DF/UFSCar - GCFerr - Coordenadores: Prof. Dr. José Antonio Eiras e Profa. Dra. Ducinei Garcia; 2 - Grupo de Simulação Computacional DF/UFSCar - GSIMCO - Coordenador: Prof. Dr. José Pedro Rino; 3 - Grupo de Desenvolvimento e Processamento de Materiais por Forno Microondas DEMa/UFSCar - GDPMFM - Coordenadora: Profa. Dra. Ruth A. H. Kiminami; 4 - Grupo de Difração por Policristais IFSC/USP - GDP - Coordenadora: Profa. Dra. Yvonne P. Mascarenhas; 5 - Grupo de Crescimento de Cristais e Materiais Cerâmicos IFSC/USP - GCCMC - Coordenador: Prof. Dr. Valmor Roberto Mastelaro; 6 - Grupo de Materiais Especiais DF/Un. Est. de Maringá - GDME - Coordenador: Prof. Dr. Ivair Aparecido dos Santos; 7- Prof. Dr. Manuel Henrique Lente - Departamento de Ciências Básicas - UNIFESP/Diadema. A equipe atual é composta de 12 pesquisadores, 14 doutorandos, 7 mestrandos e 7 graduandos (IC), todos com bolsas de agências de fomento, além de 7 técnicos de laboratório. Em projetos anteriores verificamos que pudemos manter ao longo do projeto, em média, o número inicial de integrantes da equipe.Item CEPIV - Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros(2017-05-16) Zanotto, Edgar DutraAtravés da investigação de relações estrutura - nano & microestrutura - propriedades, utilizando simulações computacionais e métodos de caracterização estrutural, espectroscópica e funcional. Planejamos mapear o "genoma" de vidros e vitrocerâmicas e desenvolver novos materiais ativos e com aplicações promissoras. O principal núcleo de pesquisadores do Centro é composto por 13 professores da USP e UFSCar (ambas em São Carlos) especialistas em engenharia, química e física de materiais vítreos, cristalização e em uma ampla gama de técnicas de caracterização. Cerca de 50 estudantes de graduação, pós-graduação e pós-docs são orientados por eles, e uma extensa coligação de colaboradores compõe uma rede internacional. Iremos pesquisar e desenvolver vidros e vitrocerâmicos que apresentem funcionalidades e aplicações relevantes, tais como alta resistência mecânica e condutividade elétrica, atividade biológica, óptica ou catalítica, ou combinações destas propriedades. Um entendimento fundamental dessas propriedades será obtido baseado em informações sobre a organização estrutural desses materiais em diferentes escalas. Aplicaremos modernos métodos de NMR, EPR, EXAFS e espectroscopia vibracional para caracterizar estruturas atômicas locais e a médio alcance, bem como, a vasta gama de resoluções da microscopia óptica, eletrônica, XRD e microanálises para elucidar nano e microestruturas. E essa abrangente abordagem experimental será complementada por simulações por dinâmica molecular Com essa estratégia procuraremos um entendimento profundo da sinterização e cristalização de vidros em termos de mecanismos, termodinâmica e cinética de escoamento viscoso, assim como de nucleação e crescimento de cristais, permitindo-nos controlar esses processos através da seleção adequada de composições, métodos de conformação e protocolos de tratamentos térmicos. Os laboratórios participantes irão investigar conjuntamente uma série de importantes sistemas de referência, que são considerados particularmente promissores para aplicações como materiais de reforço estrutural (vitrocerâmicas dental e bio), materiais ópticos (vidros para laser), vidros para energia eletroquímica, dispositivos de armazenamento de energia e sistemas catalíticos. Esta rica agenda de pesquisa será equilibrada por contínuas atividades de educação e divulgação em diferentes níveis, bem como pelo desenvolvimento tecnológico e transferência de tecnologia em um moderno centro de educação, investigação e inovação.Item Materiais híbridos luminescentes baseados em moléculas emissoras incorporadas em matrizes inorgânicas(2017-05-15) Bernardez, Andréa Simone Stucchi de Camargo AlvarezMateriais híbridos luminescentes baseados em matrizes inorgânicas incorporadas com espécies moleculares emissoras tais como complexos de metais lantanídeos e/ou de transição, e corantes orgânicos, têm despertado crescente interesse para aplicações médicas, biológicas e tecnológicas (lasers, sensores, guias de onda, OLEDs, etc). O desempenho destes materiais é influenciado pela eficiência de incorporação e distribuição das espécies emissivas, por sua estabilidade frente à exposição a meios externos, e pelo ambiente químico em que se inserem nas matrizes. Assim, além da otimização dos procedimentos de obtenção e da detalhada caracterização fotofísica dos materiais finais e seus precursores, faz-se útil também compreender as características estruturais dos mesmos e correlacioná-las com suas propriedades. Neste sentido, nossa proposta de estudo é bastante abrangente, uma vez que somente desta maneira se pode almejar um entendimento compreensivo dos materiais do ponto de vista científico, com vistas às aplicações. Este projeto de pesquisa é focado na obtenção e caracterizações convencionais e espectroscópicas (ópticas e por RMN e EPR de estado sólido) de matrizes mesoporosas de sílica ou organosilica incorporadas com complexos de metais lantanídeos (Eu3+, Tb3+, Nd3+, Er3+, Yb3+) e de transição (Ir3+), e de corantes orgânicos como a Rodamina (Rh6G). Utilizando-se, por exemplo, da metodologia sol-gel, diversas abordagens são utilizadas para imobilizar as espécies luminescentes nos poros das matrizes. Além da caracterização fotofísica, que inclui a determinação de rendimentos quânticos e cálculos de estrutura eletrônica e transferência de energia, técnicas de RMN de alta resolução em sólidos são empregadas para investigar a formação da rede hospedeira pré- e pós-inserção, o caráter de ligação hóspede-hospedeiro e a quantificação das espécies opticamente ativas.Item Síntese, caracterização e obtenção de fibras monocristalinas de cerâmicas ferroelétricas(2016-11-04) Mascarenhas, Yvonne PrimeranoO projeto visa à obtenção de materiais cerâmicos ferroelétricos de interesse tecnológico potencial, à análise de suas propriedades elétricas e/ou magnéticas, e a caracterização estrutural. Espera-se, através do entendimento das relações entre estrutura e propriedades, otimizar os processos de obtenção desses materiais com vistas às suas aplicações tecnológicas.Item Aplicação das técnicas de espectroscopia de absorção e difração de raios-X na caracterização estrutural de materiais(2015-12-08) Mastelaro, Valmor RobertoEste projeto tem como objetivo iniciar no DEMa-UFSCar uma nova linha de pesquisa voltada à utilização de técnicas de espectroscopia e difração de raios-x na caracterização estrutural de materiais. Dois temas serão desenvolvidos: 1) utilização da técnica de EXAFS-XANES no estudo da estrutura local em materiais amorfos e cerâmicas policristalinas, e 2) utilização da técnica de difração de raios-x no estudo de tensões residuais em materiais parcialmente cristalizados.Item Surface structures in doped perovskite ceramics(2015-12-08) Mastelaro, Valmor RobertoO estudo de óxidos de metais de transição de estrutura perovskita-perovskita tem atraído uma crescente atenção internacional devido às suas propriedades dielétricas e atividade catalítica e consequente podendo ser aplicado em uma variedade de aplicações incluindo sensores, atuadores, a produção de hidrogênio e remediação ambiental. Estes materiais são de formula geral AB03, onde A é um cátion alcalino ou lantanídeo e B é um metal de transição. É bem estabelecido que o desempenho destes compostos é fortemente acoplado aos parâmetros de superfície-estrutura e da presença de átomos dopantes na rede dos compostos AB03. Neste projeto, nosso objetivo é melhor compreender a relação entre os parâmetros de síntese de compostos AB03 dopados na forma de pó e na forma de filmes finos no que tange a estrutura de superfície em diferentes escalas, a especiação do átomo dopante e seu desempenho frente as diferentes propriedades dos materiais. Estes estudos terão como base a grande experiência na área de caracterização de superfícies de materiais da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade de Sidney (USyd) e a grande experiência na síntese de materiais óxidos avançados do grupo de Crescimento de Cristais e Materiais Cerâmicos, do Instituto São Carlos de Física da Universidade de São Paulo.Item Multidisciplinary Center for Development of Ceramic Materials(2015-10-22) Silva, Elson Longo daThe Multidisciplinary Center for Development of Ceramic Materials (MCDCM) is being constructed by researchers of five different institutions: Universidade Federal de Sao Carlos (UFSCar), Universidade Estadual Paulista (UNESP/Araraquara), Universidade de Sao Paulo (USP/Sao Carlos), Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF/CNPq) and Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN/Sao Paulo). The first three are public universities (UFSCar. UNESP and USP) while the other two are R&D bodies of the federal government (IPEN and CBPF). A strong and fruitful collaboration among these groups is being developed along the years. a long term process leading to this project of multidisciplinary characteristics. In fact the groups participating of this project have been formally assigned, in 1997 a Group of Excellence Grant by the Ministry of Science and Technology under the PRONEX/FINEP program. This Group of Excellence with headquarters at the Interdisciplinary Laboratory of Electrochemistry and Ceramics (LIEC/UFSCar) integrating researchers of complementary background and acting in multiple areas on a cooperative basis. is now proposing the nucleation of MCDCM, to be considered for funding by FAPESP. The LIEC group is studying processes for the synthesis of new materials in a multidisciplinary way. Tackling this subject under different approaches such as correlation between syntheses morphology and properties; microstructure control and the corresponding control of properties of materials exhibiting complex structures; development of preparation methodology to achieve new properties in ceramic materials; preparation and optimization of the relevant properties of materials presenting electric, ferroelectric, refractory, electrocatalytical and superconducting properties. The LIEC team is composed by chemists, physicists and materials scientists working in a network of laboratories, mainly in Sao Carlos and Araraquara. These laboratories are operated and maintained by the Electrochemistry Group and the Ceramics Group (Chemistry Department. UFSCar) the Superconductivity and Magnetism Group (Physics Department UFSCar) the Crystal Growth Group (Physics Institute USP) and the Interdisciplinary Laboratory of Ceramics (Chemistry Institute UNESP). The installed facilities include around US$ 5.000.000 in laboratory equipment for synthesis, processing, characterization and experimental studies including: Quantum Design SQUID Magnetometer, several Experimental Stations for magnetometry and transport measurements at low temperatures and high magnetic fields, 200 kV Analytical Transmission Microscope, 3 Scanning Electron Microscopes with analytical capabilities. X-ray diffractometer, X-ray fluorescence, Thermal Analysis Systems including Dilatometry, TG and DTA. Automatic Crystal Growth System, Laser Heater Pedestal Growth System, Czochralski and Bridgman Equipment, Cutting and Precision Polishing Machine, Hot Press and several High Temperature Furnaces. The integrated areas of these laboratories perform about 2.500 m2 including 2 class 100 clean rooms. Through the development of several projects the LIEC group has accumulated knowledge to master many fundamental aspects that are vital for construction of devices using ceramic materials. As a result from those projects it was possible to develop devices using semiconducting electrochromic optical and electrooptical properties many of which have caused a significant impact. Interaction with industries along these years has led to the manufacture of commercial products of highly aggregated value, that are being commercialized. From the academic point of view new materials with controlled properties were developed.and it was possible to understand some of the distinct aspects that have led to such properties. The scientists participating in this project have published more than 500 scientific papers. Another remarkable characteristic of the group is the ability to form and advise new professionals mainly PhDs and MScs who are presently working in several activities in and outside university. Integrated number shows that we have supervised 14 post-docs, 42 PhD and 64 MSc students, plus 148 undergraduate student projects. There are now 6 post-docs, 32 PhD•s, 21 MSc's and 54 undergraduate students currently working under supervision of the LIEC team Research results were transferred to companies leading to patents and commercial products which represent one way of interaction between LIEC and the community. Since 1983 LIEC has being developing R&D works with the steel companies of the country and industries in the ceramic sector (USIMINAS, CSN, Ceramica SAFFRAN and IBAR). In this period five MSc's and one PhD thesis were produced. LIEC is presently developing research in steel facilities with CSN and IBAR. It is also working in glass furnaces operating at 100% oxygen with White Martins. This last process diminishes environmental pollution by elimination of particulates and emission of toxic gases such as NOx and as SOx besides increasing productivity of glass manufacturing with the same energy consumption. It is thus a new technology for the strengthening of the glass industry in the country having as consequences an improvement of the final product and a decrease on environmental pollution. A series of recycling projects were jointly developed with CSN allowing the usage of internally recycled materials in the plant such as foundry sands slags from Blast Furnace and Steel Plant precipitated graphite from torpedo car pouring as well as the usage of alumina ash reject of the aluminum production process in CSN's dessulfurizing station. The industrial side of the projects will be performed jointly by the Center and the engineers of White Martins SA. IBAR and CSN in industrial units that produce glasses lining ceramics and steel LIEC has also participated on initiatives concerning the improvement of high-school teaching level promoting lectures and courses in Sao Carlos and other cities of Brazil training in refractory materials for industry technicians and participating of the creation of an Educational Cooperative - a school with activity in science in all levels. The above mentioned activities and the experience gained acting as a collaborative team have thus encouraged the LIEC group to propose the creation of a Multidisciplinary Center for Development of Ceramic Materials, an institution to formally aggregate all topics recommended by FAPESP for a prospective Center: to host and irradiate fundamental research, to provide an adequate environment to stimulate partnerships for innovative solutions and to disseminate scientific knowledge beyond university frontiers. A feature of the Center. perhaps as important as the issues it will be focusing on is the fact that this proposal is a natural sequence of what has been carried out on a regular basis, by the LIEC group. In this way the basic proposal of this study is to develop advanced ceramic materials, thin films, refractory and ceramic tiles. The basic needs of the electronic and optical-electronic industries are related to the processing of special materials compacts and with larger capability to storage and transport information for practical applications, including portable computers and sophisticated mobile telecommunications. In the same way, miniaturization of electronic circuits has been always considered for integration of ceramic devices to the electronics. One important goal in the glass and steel making industries is to use refractory inert to the corrosive environment in which these materials are produced. The research will be focused on synthesis of new ceramic phases, on processing of new ceramic and thin film materials, on control of the microstructure of these materials aiming to obtain controlled and reproducible properties. Theoretical modeling will be considered aiming the optimization of the specific properties.Item Propriedades ópticas e espectrocópicas da matéria condensada(2008-04-18) Faria, Roberto MendonçaPromover intercâmbio científico e de qualificação de pessoal entre o grupo de Polímeros do Instituto de Física de São Carlos - USP e o grupo de Materiais e de Nanotecnologia da Universidade Federal do Piauí, através da realização de pesquisas básicas, combinando estudos físico-químicos das propriedades estruturais, elétricas, térmicas e ópticas de filmes finos, blendas e compósitos condutores a base de polímeros naturais e de materiais cerâmicos, além do fortalecimento dos programas de pós-graduação envolvidos.