Investigadores comparten estudios sobre materiales vítreos y vitrocerámicos

Científicos presentan estrategias de investigación y un banco de datos internacional durante la Advanced School on Glasses and Glass-Ceramics

Por Diego Freire

Agência FAPESP – Los más de 100 participantes brasileños y extranjeros en la Advanced School on Glasses and Glass-Ceramics (G&GC), que se realizó a comienzos de agosto en la ciudad de São Carlos (interior de São Paulo, Brasil), tuvieron la oportunidad de ingresar al mayor banco de datos de propiedades de materiales vítreos del mundo, el SciGlass, con clases teóricas y prácticas de operación del software, y también de interiorizarse acerca de las estrategias de trabajo que se implementan en el Centro de Investigación, Educación e Innovación en Vidrios (CeRTEV, por sus siglas en inglés), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) de la FAPESP.

La organización de este evento estuvo a cargo del CEPID en el marco de la Escuela São Paulo de Ciencia Avanzada (ESPCA), una modalidad de apoyo de la FAPESP, en colaboración con el Departamento de Ingeniería de Materiales de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar).

De acuerdo con Edgar Dutra Zanotto, coordinador del CeRTEV y de la G&GC, el objetivo consistió en brindar a los participantes acceso a las principales herramientas y técnicas que utilizan los investigadores del CEPID en los estudios de materiales vítreos y vitrocerámicos.

“Se trata de un software muy poderoso, con un banco de datos que reúne 400 mil composiciones de vidrios e información sobre propiedades tales como densidad, expansión térmica, viscosidad y velocidad de cristalización, entre otras. Con el mecanismo de metabúsqueda y múltiples interacciones, es posible también inferir propiedades que no habían sido determinadas con base en aquéllas que ya se habían medido”, explicó.

Zanotto dijo también que algunos científicos del CeRTEV utilizan el banco de datos desde su primera versión de hace más de 20 años en estudios de propiedades específicas de los materiales y en la concepción de vidrios con combinaciones deseables de diversas propiedades.

Las clases estuvieron a cargo de Alexander Priven, uno de los responsables del desarrollo del software, de Corning Korea Glass Technologies, compañía que dejó libre el acceso al banco de datos por los participantes durante el evento.

Priven explicó que con el software es posible tener acceso prácticamente a todas las propiedades fisicoquímicas de vidrios disponibles internacionalmente, con descripciones sobre síntesis y procedimientos de medición.

“En las clases, los participantes comprenden las bases de los más de 100 métodos computacionales disponibles para calcular esas propiedades, y pueden definir cuáles son los que se adecuan mejor a las necesidades del estudio y a la composición de vidrio estudiada”, afirmó.

Aparte del entrenamiento con el banco de datos, se realizaron tutorías con investigadores del CeRTEV. En encuentros diarios, los estudiantes interactuaron entre ellos bajo la supervisión de los científicos para idear un proyecto de investigación que se presentó al final del evento.

Información a escala molecular

Los participantes también asistieron a presentaciones referentes a las bases científicas de técnicas empleadas en el CeRTEV, tales como la resonancia magnética nuclear y la espectroscopia Raman aplicada a materiales vítreos para la obtención de información de los vidrios a nivel molecular.

“Parte de la programación de la G&GC tuvo el objetivo de develar los detalles de la estructura de esos materiales, con la comprensión de las correlaciones existentes entre la estructura molecular, los procesos dinámicos y las propiedades de los vidrios. Esas estructuras controlan los procesos dinámicos –difusión, flujo viscoso, relajación y cristalización– y las propiedades ópticas, eléctricas, térmicas, bioquímicas, etc.”, comentó Zanotto.

Entre las herramientas que tienen esa finalidad, el CEPID cuenta con tres espectrómetros financiados por la FAPESP. El más reciente es uno del tipo Raman, que al combinárselo con la microscopía de fuerza atómica permite realizar análisis de materiales a escala nanométrica.

“Es un efecto pararrayos. La punta que efectúa el análisis en el microscopio de fuerza atómica es nanométrica y conductora: cuando la luz incide sobre ésta, el campo eléctrico de la luz láser que interactuará con el material en estudio se intensifica, expande la señal Raman en la zona y permite el análisis de nanopartículas”, explicó Paulo Sergio Pizani, docente del Centro de Ciencias Exactas y de Tecnología (CCET) de la UFSCar e investigador del CeRTEV.

Pizani presentó los fundamentos físicos de esta técnica, explicando de qué manera interactúa la luz con la materia y por qué se produce la llamada dispersión Raman, un efecto descubierto por el físico indio Chandrasekhar Raman, que ocurre cuando radiaciones luminosas interactúan con las vibraciones de los átomos que forman el material estudiado.

“La luz que se propaga por el material en estudio sale con un color diferente, y la diferencia entre ésta y la luz que incide aporta información importante acerca de lo que sucede dentro del material, como la cristalización de vidrios, uno de los objetivos de las investigaciones del CeRTEV”, explicó.

El conocimiento sobre cuán cristalizada se encuentra una matriz vítrea resulta importante para definir las propiedades térmicas y mecánicas de un material vitrocerámico, un vidrio dentro del cual se cristalizaron pequeños espacios. Dependiendo del tamaño y de la distribución –si es en la superficie o en el volumen, por ejemplo– es posible definir las propiedades del material.

Con toda esta información, los científicos investigan el desarrollo de nuevos materiales con diversas aplicaciones, que van desde dispositivos para almacenar energía hasta materiales médicos y odontológicos tales como el biosilicato, un vitrocerámico desarrollado en el CeRTEV que tiene la capacidad de adherirse a huesos, dientes y cartílagos (lea más en: http://agencia.fapesp.br/21395).

Pizani también se refirió a las investigaciones con cerámicas ferroeléctricas, materiales utilizados como transductores, que transforman una forma de energía en otra, y están presentes en teléfonos celulares, memorias no volátiles, sensores de temperatura y radiación y diversas otras aplicaciones.

De acuerdo con el investigador, uno de los objetivos consiste en dotar de propiedades ópticas a esos materiales.

“Los materiales ferroeléctricos a base de titanato de plomo, titanato de bario, titanato de estroncio y calcio son sumamente importantes y hoy en día se utilizan mucho comercialmente. La idea es tornar a esos materiales activos ópticamente mediante el agregado de elementos de transición de la tabla periódica, tales como níquel, magnesio, manganeso y cromo, para dotarlos de luminiscencia”, comentó.

Más información en: www.certev.ufscar.br/slideshow/g-cc-brasil.