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Os materiais avançados e a evolução tecnológica

Os materiais avançados e a evolução tecnológica

Paulo Ferreira 29/06/2021 09:16

As tecnologias de informação e comunicação são também outro dos pilares do desenvolvimento económico e uma área em constante mutação que depende inteiramente dos materiais avançados.

Se olharmos ao nosso redor, vimos que tudo que existe, incluindo nós próprios, é feito dos mais diversos materiais, os quais são constituídos pelos ingredientes fundamentais do Universo, a que chamamos átomos. A única diferença entre os vários materiais são a forma como estes átomos se arranjam e o número de átomos existentes.

Estes materiais que evoluíram ao longo dos tempos, desde a idade da pedra até aos nossos dias, têm sido a chave para a evolução da tecnologia, para a melhoria da nossa qualidade de vida, e um dos principais motores da economia. De facto, têm sido responsáveis por muitas funcionalidades ou propriedades que têm permitido o aparecimento de produtos que nos ajudam na nossa vida corrente e que alavancam o desenvolvimento e a eficiência da indústria.

Os materiais avançados possuem propriedades de engenharia únicas, criadas por processamentos e tecnologias de síntese especializados, dando origem a novos materiais cerâmicos, metálicos, poliméricos de alto valor acrescentado. Na sua grande maioria, estes materiais avançados são a chave para o desenvolvimento de uma economia mais verde, baseada em matérias primas mais limpas, processos de produção mais sustentáveis e produtos finais mais recicláveis

Por exemplo, os computadores e dispositivos portáteis, como telemóveis, não poderiam ter o grau de desenvolvimento que atingiram sem os materiais semicondutores que utilizam. O mesmo se passa por exemplo a nível das células solares. Por outro lado, o armazenamento de energia em baterias nunca teria prosperado se não tivessem sido desenhados e fabricados materiais mais avançados, capazes de armazenar mais energia, o que aliás ficou bem patente com a atribuição do prémio Nobel a John Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino pelo extraordinário trabalho que levou à implementação das baterias de lítio. Outros exemplos relevantes incluem materiais mais leves e mais inteligentes utilizados na construção e na indústria dos transportes. Os exemplos são muitos, porque de facto os materiais avançados estão na base de todos os produtos que conhecemos.

Em Portugal existem setores económicos que são fortemente potenciados pelo desenvolvimento e descoberta de novos materiais. No setor energético, destacam-se por exemplo os materiais para as novas gerações de células solares,  baterias e supercondensadores, materiais para toda a cadeia de valor da produção de hidrogénio verde, catalisadores para promover uma indústria química mais limpa, materiais para a captura de CO2 e tratamento de águas, materiais compósitos para edifícios energeticamente mais inteligentes e materiais que promovam a eficiência energética em equipamentos domésticos e industriais.

Outro setor que em Portugal é impactado significativamente pela presença dos materiais avançados é o setor dos transportes. Os materiais avançados possuem um impacto extraordinário na construção de automóveis, navios e aeronaves, pois é crítico encontrar materiais mais leves e mais baratos, que permitem maior  poupança de combustível e portanto menos emissões nocivas para o ambiente. Hoje em dia o desenvolvimento de soluções para a competitividade da indústria dos transportes passa também por interiores mais sofisticados e inteligentes, o que obriga ao desenvolvimento de novos produtos para o acabamento de superfícies, e têxteis mais inteligentes, os quais apresentam funcionalidades que permitem por exemplo um toque mais suave, características de anti-humidade e anti-poeiras e mesmo superfícies auto limpantes.

As tecnologias de informação e comunicação são também outro dos pilares do desenvolvimento económico e uma área em constante mutação que depende inteiramente dos materiais avançados. O desenvolvimento de novos dispositivos eletrónicos, sensores e componentes para esta industria está a sofrer uma revolução com a eliminação do silício e com a introdução dos novos materiais 2D, como por exemplo grafeno, que permitem a construção de dispositivos mais flexíveis, transparentes, leves, totalmente recicláveis, com base em matérias-primas abundantes e portanto mais limpos e baratos.

O setor biomédico e da saúde em geral é crítico para assegurar o bem-estar social e é, também, muito dependente dos materiais avançados. Cite-se como exemplo revestimentos autolimpantes, com propriedades anti bacterianas; novos materiais para implantes mais adaptáveis à dinâmica do corpo humano, novos medicamentos mais inteligentes e com capacidade de identificar por exemplo células doentes e de as curar. O desenvolvimento de novos equipamentos e ferramentas de diagnóstico são também uma consequência de avanços na área dos materiais e são uma componente importante no desenvolvimento de sistemas de saúde mais eficientes e tecnologicamente desenvolvidos.

No setor  da construção civil é necessário desenvolver e promover a utilização de betões, cimentos, aços e materiais de construção obtidos a partir de matérias-primas abundantes no nosso país, obtidos com base em processos industriais mais eficientes em termos energéticos e também com menores índices de poluição. Nos últimos anos o conceito de “edifício inteligente” tem vindo a implementar-se na nossa sociedade com os grandes centros urbanos a explorarem novas técnicas de construção baseadas em novos materiais que permitem um elevado benefício em termos de desempenho e de custo.

Este desenvolvimento de materiais avançados nos vários setores acima descritos é no entanto bastante dependente de infra estruturas de fabricação (incluindo linhas piloto), caracterização e computação, as quais permitem acompanhar as várias fases da cadeira de valor dos materiais. Estas infraestruturas têm geralmente custos avultados, como por exemplo o equipamento avançado de microscopia e de espectroscopia, assim como instrumentos para teste de propriedades e desempenho e para avaliação da reciclabilidade. Contudo, são cruciais porque são transversais a toda a cadeira de valor e a todas as empresas.

Apesar da importância deste tipo de infra estruturas, em Portugal estas ainda são escassas (ou mesmo inexistentes em algumas áreas) e muito dispersas o que nos faz perder competitividade face aos nossos congéneres europeus. Urge resolver este problema e para isso são necessários investimentos estratégicos e bem direcionados para criar sinergias entre as universidades, a indústria ligada a este domínio ao longo de toda a cadeia de valor, e a sociedade. De facto, bastante do conhecimento encontra-se fortemente localizado em instituições do sistema científico nacional, como por exemplo as universidades, sendo necessário estabelecer mecanismos sólidos de cooperação entre as instituições académicas e científicas, a indústria, os centros de interface tecnológica, as autarquias e as regiões. Esta dinâmica é crítica para o desenvolvimento de uma economia mais limpa, competitiva e fortemente diferenciadora. Sem dúvida, um desígnio que deve estar na agenda das políticas públicas nacionais.

Neste contexto, a ideia está a ser consolidada através do desenvolvimento de uma iniciativa na área dos materiais avançados promovida pelo Instituto Superior Técnico e pela Universidade Nova que visa criar uma comunidade que abranja toda a cadeia de valor dos materiais avançados, fundada em alianças e parcerias com a indústria e com as autarquias e centros de interface. Esta iniciativa foi divulgada ao público através da organização de uma conferência sob a égide da Presidência Portuguesa da União Europeia, que contou com oradores de instituições europeias e nacionais, para contribuir para o desenvolvimento sócio-económico do nosso país e para a sua competitividade internacional.

Afinal de contas, não nos devemos esquecer que temos ao nosso dispor cerca de 118 átomos, dispostos na tabela periódica, para criar novos materiais. Não parecem muitos individualmente, mas quando combinados temos um número com 184 zeros, ou seja, no futuro, quase uma possibilidade infinita de criar novos materiais com propriedades nunca antes vistas.

 

 

Paulo Ferreira, Professor Catedrático, Departamento de Engenharia Mecânica, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa; Diretor do Centro de Microscopia Avançada, Laboratório Ibérico Internacional de Nanotecnologia (INL), Braga; Professor Catedrático, The University of Texas at Austin, EUA.

Fátima Montemor, Professora Catedrática, Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa; Vice Presidente para a Investigação e Assuntos Internacionais.

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