No Grupo de Crescimento de Cristais e Materiais Cerâmicos do Instituto de Física de São Carlos (CCMC- IFSC/USP), uma das linhas de pesquisa refere-se ao estudo de materiais eletrocerâmicos e suas aplicações na indústria eletroeletrônica. Tais materiais podem ter dois formatos: o da cerâmica tradicional ou filmes finos, neste último caso utilizados para exercer funções específicas dentro de dispositivos diversos, como computadores, celulares etc.
Para transformar os materiais eletrocerâmicos em condutores elétricos, um dos processos conhecidos é a sinterização, no qual a cerâmica é prensada para adquirir um novo formato, passando posteriormente por um tratamento térmico que irá otimizar suas propriedades físicas e mecânicas.
Na sinterização tradicional, a cerâmica “verde” (sem tratamento térmico) é colocada num forno e aquecida a 1400ºC, consumindo grande quantidade de energia e tempo para transformar-se em eletrocerâmica. No método conhecido por Hot Isostatic, a temperatura de sinterização é menor (200ºC), comparada à convencional. Já através do método Two-step sintering, a temperatura de sinterização é baixa, porém o tempo do processo é grande (em torno de 20 horas), tornando esse método pouco eficaz.
Pelo grande consumo de tempo e energia gastos pelas técnicas tradicionais de sinterização, novos métodos têm sido criados e estudados por pesquisadores do mundo todo, e uma das promessas é a técnica conhecida como Eletric Field Assisted (em português, Sinterização assistida por corrente elétrica) que, como o próprio nome sugere, utiliza corrente elétrica para sinterizar materiais cerâmicos.
Métodos modernos mais eficientes
No universo de novas técnicas para sinterização, o docente do CCMC, Jean Claude M´Peko, durante um pós-doutoramento na University of Colorado at Boulder (EUA), realizado entre 2012 e 2014, aprofundou seus estudos na Eletric Field Assisted Flash Sintering, uma técnica de sinterização na qual um campo elétrico é aplicado sobre um metal condutor ou semicondutor para que a corrente elétrica que circulará nele seja aproveitada para sinterizar os materiais cerâmicos. “Esse método foi criado pelo professor Rishi Raj em 2010, com quem eu trabalhei durante o pós-doutoramento”, conta M´Peko.
M´Peko diz que o Flash Sintering não é um fenômeno bem compreendido. Na comunidade científica, a principal controvérsia a respeito da técnica seria sobre o responsável pela sinterização dos materiais: o campo elétrico aplicado aos metais ou a corrente elétrica que passa pela amostra cerâmica.
Para tentar sanar essa questão, M´Peko aprofundou-se na técnica e estudou a Flash Sintering aplicada em uma cerâmica de Zirconia dopada com Yttria, célula combustível que, de acordo com M´Peko, será o futuro da gasolina. “Na realidade, nosso estudo focou-se na sinterização de um mesmo material para duas técnicas diferentes de sinterização: a Flash Sintering e a sinterização convencional. A intenção era entender melhor a primeira técnica. Utilizando também a técnica de espectroscopia de impedância, analisamos, em nível estrutural, quais propriedades do material eletrocerâmico foram alteradas”, elucida M´Peko.
Depois do experimento, algumas questões foram respondidas. Uma delas é que, após submetida à Flash Sintering, a cerâmica passou a ter alguns “defeitos”, responsáveis diretos por uma sinterização imediata do material. “Acredito que a temperatura influencie no resultado, mas é provável que o campo elétrico dê pontapé inicial ao processo”, opina M´Peko.
Reconhecimento internacional
Por seus estudos relacionados a uma técnica nova e- ao que tudo indica- promissora, M´Peko foi contempado, em agosto do ano passado, com o Hoffman Award Winners. Ele acredita que o mérito do trabalho em questão tenha sido a busca pela compreensão do fenômeno da Flash Sintering que, segundo M´Peko, já incita o apelo de muitas indústrias de eletroeletrônicos pelo mundo. “A Flash Sintering é um método novo, e a comunidade científica precisa entender a fenomenologia por trás dessa técnica. Já existem colaborações de estudiosos de diversos países e, inclusive, empresas interessadas em investir nela”, conta M´Peko.
Ele afirma que quanto melhor a compreensão do fenômeno por trás da Flash Sintering, melhor a otimização do método- dependendo, até o momento, do material que será utilizado. Como, neste caso, os materiais utilizados (cerâmicos) compõem grande parte dos utensílios que utilizamos regularmente, a Flash Sintering deve ter um grande número de estudiosos pela frente que, no futuro, devem abrir inúmeras possibilidades de aplicação. Fica a dica para os atuais- e futuros- cientistas.
