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Apresentação em tema: "LaMaV: 25 anos de equilíbrio entre ciência e tecnologia"— Transcrição da apresentação:
1 LaMaV: 25 anos de equilíbrio entre ciência e tecnologia
Edgar D. Zanotto DEMa – UFSCar
2 Outline 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
3 Materiais vítreos 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...)
4 Materiais vítreos
5 Materiais vítreos
6 Missão 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
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 Pesquisa básica: 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.
9 Pesquisa tecnológica:
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... "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 Histórico - financiamento
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.
11 Histórico - financiamento
De 1977 a pequenos projetos De 1987 em diante: Programa de Transferência e Absorção de Tecnologia Ótica: MEC / CEDATE / CARL ZEISS, (US$ l milhão) Nucleação Homogênea e Heterogênea em Vidros e Líquidos Super-resfriados (com C. Kiminami e A. C. Rodrigues): PADCT / (Novos Materiais) /91-9, Maio ( BTN + US$ ) Projeto integrado CNPQ: "Nucleação Heterogênea em Cordierita e Anortita Vítreas": CNPQ /94-3, Ago (US$ ) Projeto RHAE-DEMA sobre Materiais: RHAE /94-4, Abr (US$ 658,800) Infra-estrutura dos laboratórios de cerâmica e vidros: FAPESP 1994/4839-2, Mar (US$ )
12 Histórico - financiamento
Cooperação científíca com a universidade de Jena, Alemanha: CAPES / DAAD / PROBRAL 025/95, Out (R$ ) Cooperação tecnológica USIMINAS/FAI "Vitro-cerâmicas de escórias siderúrgicas": USIMINAS, Fev (R$ ) Programa Nacional de Núcleos de Excelência - PRONEX "Cristalização Controlada de Vidros: Mecanismos, Cinética e Aplicações": FINEP / CNPq, Jan (R$ ) "Infraestrutura do LaMaV": FAPESP, Mar (R$ ) "Fases Mataestáveis em Vidros": Cyted, Out (US$ 120,000) "Problemas correntes em cristalização de vidros": FAPESP temático, Set (R$ US$ )
14 Infra-estrutura LaMaV 530 m2 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 (~ aC) com milhares de aplicações domésticas e em engenharia São metaestáveis, tendem a cristalizar-se espontaneamente durante 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 Objetivo geral 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.
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 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.
Figure: T-t-- plot for a soda-lime-silica glass distribution of spheres. Dashed T-t region were  > 0.99 and V< As a reference, Tg ~ 550 oC for this glass.
26 Artigos principais 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) 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) 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) LEITE, M.L.G., PEITL O., ZANOTTO, E.D. Sintering and Crystallization of Bioglass Powder, Acta Microscópica, V8, suppl. a, Oct (1999) WITTMAN E., ZANOTTO, E.D., Surface nucleation and growth in Anorthite glass, J. Non-Cryst. Solids, 271: 1-2 (2000) 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)
27 Artigos principais 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) 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) 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) 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) 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)
28 Artigos principais 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) 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) 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) Invited.
29 Relevância e repercursão
No período , o grupo apresentou aproximadamente 45 trabalhos em congressos nacionais e internacionais. Merecem destaque, entretanto, e dão uma amostra da relevância e repercursão das pesquisas desenvolvidas, as 12 palestras convidadas (sendo 9 em congressos internacionais) apresentadas pelo coordenador 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 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 Histórico – pesquisa aplicada
1. VC sinterizadas (C. Fredericci, E.B. Ferreira, M.O. Prado, C. Casado) 2. Vitro-cerâmicas de rejeitos industriais (C. Fredericci, E.B. Ferreira) 3. Bio Vitro-cerâmicas (L.L. Hench, M.L.G. Leite, O. Peitl, C. Ravagnani) 4. Tensões residuais em VC (V.R. Mastelaro)
31 Histórico – P&D com empresas
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)**
32 Histórico – P&D com empresas
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)**
33 Projetos – cunho científico
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)
34 Patentes Zanotto, E.D. et al.- "REFORMIX 2.0- Software para Reformulação de Massas Cerâmicas", registro INPI (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 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.
35 Prêmios 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).
36 Prêmios Primeiro lugar no Concurso Nacional de Software Educacional e Tecnológico - "Refomix 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" Invento Brasileiro (1996) concedido pelo SEDAI pela patente "Giz Cerâmico Anti- Alérgico, Macio e Durável" Melhor poster III Simpósio Nacional de Vidros, Bonito, Agosto (1998) em co-autoria com O Peitl. Troféu Imprensa 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.
37 Prêmios Primeiro lugar no Concurso Nacional de Software Educacional e Tecnológico - "Refomix 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" Invento Brasileiro (1996) concedido pelo SEDAI pela patente "Giz Cerâmico Anti- Alérgico, Macio e Durável" Melhor poster III Simpósio Nacional de Vidros, Bonito, Agosto (1998) em co-autoria com O Peitl. Troféu Imprensa 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.
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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1/10 1.Objetivos do Curso 2.Metodologia 3.Material Bibliográfico 4.Cronograma de Atividades 5.Critérios de Avaliação 6.Atributos de um Bom Engenheiro 7.Fundão: