Imagine materiais que podem revolucionar indústrias inteiras - tornando as coisas mais fortes, mais leves e mais inteligentes. Este artigo explora 50 materiais inovadores que estão preparados para transformar a tecnologia e o fabrico. Desde a força e condutividade inigualáveis do grafeno até aos plásticos biodegradáveis que reduzem a poluição, estes materiais estão na vanguarda do avanço científico. Ao mergulhar nas suas propriedades únicas e potenciais aplicações, descobrirá como poderão remodelar o futuro de tudo, desde a indústria aeroespacial aos produtos do dia a dia. Prepare-se para se inspirar nas possibilidades ilimitadas que estes materiais oferecem.
Os novos materiais, também conhecidos como materiais avançados, referem-se aos materiais recentemente desenvolvidos ou em desenvolvimento que apresentam um desempenho superior ao dos materiais tradicionais.
Incluem materiais recentemente desenvolvidos ou em fase de investigação, que demonstram capacidades excepcionais que superam os materiais convencionais.
A tecnologia de novos materiais é elaborada de acordo com a intenção humana, através de uma série de processos de investigação, incluindo investigação física, conceção de materiais, processamento e avaliação experimental, todos com o objetivo de criar materiais inovadores que satisfaçam uma variedade de necessidades.
Isto inclui o posicionamento funcional, o posicionamento direcional, o posicionamento técnico e o posicionamento no mercado:
(1) Novos materiais compósitos
A utilização de novos materiais compósitos remonta a tempos antigos. Exemplos históricos incluem a argila reforçada com palha e o centenário betão reforçado com aço, ambos compostos por dois materiais diferentes. Na década de 1940, devido às necessidades da indústria aeronáutica, foram desenvolvidos plásticos reforçados com fibra de vidro (vulgarmente conhecidos como fibra de vidro), marcando o advento dos materiais compósitos. Desde a década de 1950, foram desenvolvidas fibras de alta resistência e de alto módulo, como as fibras de carbono, grafite e boro. A década de 1970 assistiu ao aparecimento das fibras de aramida e de carboneto de silício.
Estas fibras de alta resistência e alto módulo podem ser combinadas com matrizes não metálicas como resinas sintéticas, carbono, grafite, cerâmica, borracha, ou matrizes metálicas como alumínio, magnésio, titânio para formar materiais compósitos únicos. As fibras de polietileno de peso molecular ultra-elevado, conhecidas pela sua força excecional e resistência a agentes químicos e ao envelhecimento, também se destacam na transmissão de sonar de alta frequência e na resistência à corrosão da água do mar.
Estas fibras são utilizadas em carenagens de sonar de alta frequência para navios de guerra, melhorando as capacidades de deteção e varrimento de minas. Para além das aplicações militares, têm amplas perspectivas no fabrico de automóveis, construção naval, dispositivos médicos e equipamento desportivo. A sua introdução tem suscitado grande atenção e importância nos países desenvolvidos.
(2) Materiais supercondutores
Alguns materiais apresentam uma resistência eléctrica nula a uma determinada temperatura crítica, um fenómeno conhecido como supercondutividade. Outra caraterística dos supercondutores é o seu diamagnetismo - a incapacidade das linhas de campo magnético penetrarem num supercondutor quando este se torna livre de resistência. Por exemplo, a resistência eléctrica de metais comuns como o cobre diminui com a temperatura e atinge um determinado valor próximo de 0K.
Em 1919, o cientista holandês Heike Kamerlingh Onnes descobriu que a resistência do mercúrio desaparece completamente a 4,2K (-269°C), demonstrando a supercondutividade e o diamagnetismo. A temperatura crítica (TC) à qual a resistência de um supercondutor se torna zero é uma caraterística fundamental. A investigação de materiais supercondutores centra-se na superação da "barreira da temperatura" para encontrar supercondutores de alta temperatura.
Supercondutores práticos como o NbTi e o Nb3Sn foram comercializados, encontrando aplicações na imagiologia por ressonância magnética nuclear (RMN), ímanes supercondutores e ímanes de grandes aceleradores. Os SQUIDs, como exemplos de supercondutores em aplicações eléctricas fracas, desempenham um papel crucial na deteção de sinais electromagnéticos fracos, com uma sensibilidade incomparável à de qualquer dispositivo não supercondutor.
No entanto, as baixas temperaturas críticas dos supercondutores convencionais, que exigem sistemas complexos e dispendiosos de hélio líquido (4,2K), limitaram significativamente as suas aplicações. O advento dos supercondutores de óxido de alta temperatura quebrou esta barreira de temperatura, aumentando a temperatura aplicável do hélio líquido (4,2K) para os níveis de azoto líquido (77K). O azoto líquido é um refrigerante mais económico com uma capacidade de calor superior à do hélio líquido, facilitando grandemente as aplicações de engenharia.
Os supercondutores de alta temperatura têm também capacidades magnéticas consideráveis, capazes de gerar campos magnéticos superiores a 20T. As aplicações dos materiais supercondutores incluem a produção, transmissão e armazenamento de energia. Os geradores supercondutores com ímanes em bobina podem aumentar a intensidade do campo magnético para 50.000-60.000 Gauss quase sem perda de energia, melhorando a capacidade de uma unidade única em 5-10 vezes e a eficiência em 50% em comparação com os geradores convencionais.
As linhas de transmissão e os transformadores supercondutores podem transmitir eletricidade aos utilizadores com perdas mínimas. Por exemplo, cerca de 15% de energia eléctrica perde-se nas linhas de transmissão de cobre ou alumínio na China, o que corresponde a mais de 100 mil milhões de kWh por ano. A mudança para a transmissão por supercondutores poderia poupar eletricidade suficiente para substituir a necessidade de dezenas de grandes centrais eléctricas.
Os comboios maglev supercondutores funcionam utilizando a propriedade diamagnética dos supercondutores, que repelem as linhas de campo magnético, permitindo que o supercondutor levite acima de um íman permanente ou de um campo magnético. Este efeito maglev é utilizado em comboios maglev supercondutores de alta velocidade, como o do Aeroporto Internacional de Shanghai Pudong. Nos computadores supercondutores, a resistência quase nula dos materiais supercondutores permite a criação de circuitos densamente compactados em chips integrados sem sobreaquecimento, aumentando significativamente a velocidade de computação.
(3) Materiais energéticos
Os materiais energéticos incluem materiais para células solares, materiais para armazenamento de hidrogénio e materiais para células de combustível de óxido sólido. Os materiais para células solares, um novo material energético, registaram avanços como as células solares compósitas multicamadas da IBM com eficiências de conversão até 40%. O hidrogénio, uma fonte de energia eficiente e isenta de poluição, enfrenta desafios importantes em termos de armazenamento e transporte. Cerca de 50% do financiamento da investigação sobre hidrogénio do Departamento de Energia dos EUA são atribuídos à tecnologia de armazenamento de hidrogénio.
O hidrogénio pode corroer os materiais, causando fragilização e fugas, e representa um risco de explosão durante o transporte. Os materiais de armazenamento de hidrogénio podem formar hidretos com o hidrogénio, libertando-o após o aquecimento e recarregando-o após o seu esgotamento. Os actuais materiais de armazenamento de hidrogénio são principalmente compostos metálicos, como o LaNi5H e o Ti1.2Mn1.6H3. A investigação sobre células de combustível de óxido sólido está ativa, centrando-se em materiais como membranas de eletrólito sólido, materiais de cátodo celular e membranas orgânicas de permuta de protões para células de combustível de membrana de permuta de protões.
(4) Materiais inteligentes
Os materiais inteligentes representam a quarta geração de materiais, depois dos materiais naturais, dos polímeros sintéticos e dos materiais concebidos artificialmente. Constituem uma direção importante no desenvolvimento de novos materiais de alta tecnologia. A nível internacional, foram alcançados numerosos progressos técnicos no domínio dos materiais inteligentes. Por exemplo, a BAE Systems do Reino Unido desenvolveu sensores de fio para testar a tensão e a temperatura nas peles dos aviões.
O Reino Unido também desenvolveu uma liga com memória de forma de resposta rápida com uma vida útil de um milhão de ciclos e elevada potência de saída, útil em travões com tempos de resposta tão curtos como 10 minutos. As ligas com memória de forma têm sido aplicadas com sucesso em antenas de satélite, na área da medicina, entre outras. Outros materiais inteligentes incluem materiais piezoeléctricos, materiais magnetostritivos, polímeros condutores, fluidos electrorreológicos e fluidos magnetoreológicos, que servem como componentes de acionamento em várias aplicações.
(5) Materiais magnéticos
Os materiais magnéticos são classificados em materiais magnéticos macios e duros (permanentes).
(1) Materiais magnéticos macios
Os materiais magnéticos macios são facilmente magnetizados e desmagnetizados, perdendo o seu magnetismo quando o campo magnético é removido. Caracterizados por uma elevada permeabilidade magnética (μ=B/H), são facilmente magnetizados até uma força elevada em campos magnéticos, mas retêm pouco magnetismo residual quando o campo é removido.
Estes materiais são amplamente utilizados em tecnologia eletrónica, particularmente em aplicações de alta frequência como núcleos magnéticos, cabeças e núcleos de memória, e em engenharia eléctrica para transformadores e comutadores de relés. Os materiais magnéticos macios comuns incluem ligas de ferro-silício, ligas de ferro-níquel e metais amorfos. A liga Fe-(3%-4%)Si, o material magnético macio mais comum, é utilizada em transformadores, motores e geradores de baixa frequência.
Iron-nickel alloys, such as Permalloy (79%Ni-21%Fe), offer higher magnetic permeability and lower loss than iron-silicon alloys and are used in telecommunications, computers, and control systems. Amorphous metals, differing from typical metals with their non-crystalline structure, are composed of Fe, Co, Ni, and metalloids like B, Si.
Produzidos através do arrefecimento rápido do metal fundido para obter uma estrutura atómica não cristalina, os metais amorfos apresentam excelentes propriedades magnéticas e são utilizados em transformadores energeticamente eficientes, sensores magnéticos, cabeças de gravação e muito mais. Alguns metais amorfos também têm excelente resistência à corrosão, alta resistência e boa tenacidade.
(2) Materiais magnéticos permanentes (materiais magnéticos duros)
Os materiais magnéticos permanentes retêm o seu magnetismo após a magnetização, mesmo quando o campo magnético externo é removido. Caracterizam-se por um elevado magnetismo residual e uma elevada coercividade, o que os torna adequados para ímanes permanentes utilizados em bússolas, instrumentos, micro-motores, motores eléctricos, gravadores, telefones, aplicações médicas, etc. Os materiais magnéticos permanentes incluem ferrites e ímanes permanentes metálicos.
As ferrites, amplamente utilizadas pelo seu grande volume, ampla aplicação e baixo custo, têm propriedades magnéticas moderadas e são adequadas para aplicações gerais de ímanes permanentes. Os ímanes permanentes metálicos começaram com aço de alto carbono mas evoluíram para materiais de desempenho mais elevado, como as ligas Al-Ni-Co e Fe-Cr-Co; ímanes de terras raras, como as anteriores ligas de terras raras-cobalto (Re-Co) (principalmente SmCo5 e Sm2Co17 fabricadas por metalurgia do pó) e os ímanes de terras raras de nióbio-ferro-boro (Nb-Fe-B), amplamente utilizados. Os ímanes Nb-Fe-B não só oferecem um desempenho superior, como também não possuem o escasso elemento cobalto, tornando-se rapidamente o representante dos ímanes permanentes de alto desempenho, utilizados em altifalantes de alto desempenho, contadores electrónicos de água, instrumentos de ressonância magnética nuclear, micro-motores, motores de arranque de automóveis, etc.
(6) Nanomateriais
A nanotecnologia é um sistema integrado que combina alta tecnologia e ciência de ponta, envolvendo fundamentalmente a compreensão e a modificação da natureza à escala nanométrica através da manipulação direta e da disposição de átomos e moléculas para criar novos materiais. As nanotecnologias abrangem sete áreas: física dos nanossistemas, nanoquímica, ciência dos nanomateriais, nanobiologia, nanoelectrónica, nanofabricação e nanomecânica.
Os nanomateriais, designados na década de 1980, são materiais sólidos compostos por nanopartículas de dimensão não superior a 100 nanómetros. A preparação e a síntese de nanomateriais continuam a ser o principal foco de investigação e, embora tenham sido feitos alguns progressos na síntese de amostras, a produção em grande escala de amostras a granel continua a ser um desafio, tornando o estudo da preparação de nanomateriais fundamental para a sua aplicação.
A indústria dos materiais é a indústria de base da economia nacional, e os novos materiais são os precursores do desenvolvimento da indústria dos materiais.
Grafeno, nanotubos de carbono, ligas amorfas, espuma de metais, líquidos iónicos... 20 novos materiais trazem oportunidades ilimitadas para o desenvolvimento da indústria dos materiais.
Atualmente, a revolução científica e tecnológica está a desenvolver-se rapidamente, os novos produtos materiais estão a mudar a cada dia que passa e o ritmo da modernização industrial e da substituição de materiais está a acelerar.
A nova tecnologia dos materiais está integrada na nanotecnologia, na biotecnologia e na tecnologia da informação.
A integração estrutural e funcional e os materiais funcionais estão a tornar-se mais inteligentes.
As características ecológicas, ecológicas e recicláveis dos materiais com baixo teor de carbono têm atraído muita atenção.
Com base nos progressos da investigação de instituições e empresas de investigação nacionais e estrangeiras de renome, nas análises dos meios de comunicação social científicos e tecnológicos e na investigação dos pontos quentes da indústria, este artigo seleccionou 20 novos materiais.
Seguem-se as informações pormenorizadas sobre os materiais relevantes (sem ordem específica).
Descoberta:
Extraordinária condutividade eléctrica, resistividade extremamente baixa, velocidade de migração de electrões extremamente baixa e extremamente rápida, resistência dezenas de vezes superior e excelente transmissão de luz em relação ao aço.
Ddesenvolvimento Trend:
O Prémio Nobel da Física de 2010 fez com que o grafeno se tornasse uma referência na tecnologia e nos mercados de capitais nos últimos anos.
Nos próximos 5 anos, a utilização do grafeno crescerá de forma explosiva nos domínios dos ecrãs fotoeléctricos, semicondutores, ecrãs tácteis, dispositivos electrónicos, baterias de armazenamento de energia, ecrãs, sensores, semicondutores, aeroespacial, militar, materiais compósitos e biomedicina.
Principais institutos de investigação (empresas):
Graphene Technologies, Angstron Materials, Graphene Square, Forsman Technology, etc.
Descoberta:
Alta porosidade, baixa densidade, peso leve, baixa condutividade térmica, excelentes propriedades de isolamento térmico.
Tendência de desenvolvimento:
Materiais novos com grande potencial.
Têm um grande potencial nos domínios da conservação da energia e da proteção do ambiente, do isolamento térmico dos aparelhos eléctricos e da construção.
Principais institutos de investigação (empresas):
Fosman Technology, W.R. Grace, Fuji-Silysia, Japão, etc.
Descoberta:
Elevada condutividade eléctrica, elevada condutividade térmica, elevado módulo de elasticidade, elevada resistência à tração, etc.
Tendência de desenvolvimento:
Eléctrodos para dispositivos funcionais, suportes de catalisadores, sensores, etc.
Principais institutos de investigação (empresas):
Unidym, Inc., Toray Industries, Inc., Bayer Materials Science AG, Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Forsman Technology, Suzhou First Element, etc.
Descoberta:
Com propriedades ópticas lineares e não lineares, supercondutividade de fulerenos de metais alcalinos, etc.
Tendência de desenvolvimento:
O futuro tem perspectivas importantes nos domínios das ciências da vida, da medicina, da astrofísica, etc., e prevê-se que seja utilizado em dispositivos fotoeléctricos, como conversores ópticos, conversores de sinais e armazenamento de dados.
Principais institutos de investigação (empresas):
Michigan State University, Xiamen Funa New Materials, etc.
Descoberta:
Alta resistência e tenacidade, excelente permeabilidade magnética e baixa perda magnética, bem como excelente fluxo de líquido.
Ddesenvolvimento Trend:
Pode ser utilizado em transformadores de baixa perda de alta frequência, peças estruturais de equipamento terminal móvel, etc.
Principais institutos de investigação (empresas):
Liquidmetal Technologies, Inc., Instituto de Investigação de Metais, Academia Chinesa de Ciências, BYD, etc.
Descoberta:
Peso leve, baixa densidade, alta porosidade e grande área de superfície específica.
Ddesenvolvimento Trend:
Tem condutividade e pode substituir os campos de aplicação onde os produtos inorgânicos nãomateriais metálicos não pode conduzir eletricidade.
Tem um grande potencial no domínio do isolamento acústico e da redução do ruído.
Principais institutos de investigação (empresas):
Alcan (Associação do Alumínio, EUA), Rio Tinto, Symat, Norsk Hydro, etc.
Descoberta:
Com elevada estabilidade térmica, ampla gama de temperaturas líquidas, ácido e alcalino ajustáveis, polaridade, capacidade de coordenação e etc.
Tendência de desenvolvimento:
Tem amplas perspectivas de aplicação no domínio da indústria química verde, bem como da biologia e da catálise.
Principais institutos de investigação (empresas):
Solvent Innovation, BASF, Instituto de Física de Lanzhou, Academia Chinesa de Ciências, Universidade de Tongji, etc.
Descoberta:
Tem boa biocompatibilidade, capacidade de retenção de água e uma vasta gama de estabilidade de pH.
Tem também uma estrutura de nano-rede e elevadas propriedades mecânicas.
Ddesenvolvimento Trend:
Tem grandes perspectivas em biomedicina, potenciador, indústria de papel, purificação, alimentos condutores e compostos inorgânicos, bem como compostos magnéticos industriais.
Principais institutos de investigação (empresas):
Cellu Force (Canadá), Serviço Florestal dos EUA, Innventia (Suécia), etc.
Descoberta:
A perocakite do Namómetro tem uma resistência magnética gigante, uma elevada condutividade iónica e desempenha um papel catalítico na precipitação e redução do oxigénio.
Ddesenvolvimento Trend:
No futuro, terá um enorme potencial nos domínios da catálise, armazenamento, sensores e absorção de luz.
Principais institutos de investigação (empresas):
Epry, AlfaAesar, etc.
Descoberta:
A alteração dos métodos tradicionais de processamento industrial permite obter rapidamente a formação de estruturas complexas.
Tendência de desenvolvimento:
O método de moldagem revolucionário tem grandes perspectivas no domínio da moldagem de estruturas complexas e da moldagem de processamento rápido.
Principais institutos de investigação (empresas):
Object, 3DSystems, Stratasys, Huashu Hi-Tech, etc.
Descoberta:
Altera as características rígidas e frágeis do vidro tradicional e realiza a inovação revolucionária da flexibilidade do vidro.
Tendência de desenvolvimento:
As perspectivas serão enormes no domínio dos futuros ecrãs flexíveis e dispositivos dobráveis.
Principais institutos de investigação (empresas):
Corning, Alemanha SCHOTT, etc.
Descoberta:
A auto-montagem de moléculas de materiais irá concretizar a "inteligência" do próprio material.
Alterar o método anterior de preparação do material para que este adquira espontaneamente uma determinada forma e estrutura.
Tendência de desenvolvimento:
A alteração dos métodos tradicionais de preparação e reparação de materiais tem grandes perspectivas nos domínios dos dispositivos moleculares, engenharia de superfícies e nanotecnologia.
Principais institutos de investigação (empresas):
Universidade de Harvard, etc.
Descoberta:
Os plásticos podem ser degradados naturalmente e as matérias-primas provêm de recursos renováveis, o que altera a dependência dos plásticos tradicionais de recursos fósseis como o petróleo, o gás natural e o carvão, reduzindo também a poluição ambiental.
Tendência de desenvolvimento:
No futuro, substituirá os plásticos tradicionais e tem grandes perspectivas.
Principais institutos de investigação (empresas):
Natureworks, Basf, Kaneka, etc.
Descoberta:
Este tipo de materiais tem elevada resistência, baixa densidade e excelente resistência à corrosão.
E também têm perspectivas ilimitadas nos domínios da aviação e civil.
Tendência de desenvolvimento:
No futuro, os materiais terão uma vasta gama de aplicações potenciais em termos de leveza, elevada resistência e resistência à corrosão.
Principais institutos de investigação (empresas):
Instituto de Tecnologia de Harbin.
Descoberta:
Tem propriedades físicas que os materiais convencionais não têm, como a permeabilidade negativa e a permissividade negativa.
Tendência de desenvolvimento:
Alterou o conceito tradicional de transformação de acordo com a natureza do material.
No futuro, as características dos materiais podem ser concebidas de acordo com as necessidades, e o potencial será infinito e revolucionário.
Principais institutos de investigação (empresas):
Boeing, Kymeta, Instituto de Investigação de Shenzhen Guangqi, etc.
Descoberta:
No estado supercondutor, o material tem resistência zero, não há perda de corrente e o material exibe propriedades anti-magnéticas num campo magnético.
Tendência de desenvolvimento:
Se a tecnologia de supercondutores de alta temperatura for ultrapassada no futuro, espera-se que resolva os problemas de transmissão de energia perda, aquecimento de dispositivos electrónicos e nova tecnologia de suspensão magnética de transmissão verde.
Principais institutos de investigação (empresas):
Sumitomo Japão, Bruker Alemanha, Academia Chinesa de Ciências, etc.
Descoberta:
Após a pré-formação, depois de ser forçado a deformar-se por condições externas, é então processado sob certas condições e restaurado à sua forma original para realizar a conceção e aplicação da deformação reversível do material.
Tendência de desenvolvimento:
Tem um grande potencial na tecnologia espacial, equipamento médico, equipamento mecano-eletrónico e outros domínios.
Principais institutos de investigação (empresas):
Youyan Novos materiais, etc.
Descoberta:
Sob a ação do campo magnético, pode produzir um desempenho de alongamento ou compressão e realizar a interação entre a deformação do material e o campo magnético.
Tendência de desenvolvimento:
É amplamente utilizado em dispositivos estruturais inteligentes, dispositivos de absorção de choques, estruturas de conversão de energia, motores de alta precisão e outros domínios, e tem melhor desempenho do que as cerâmicas piezoeléctricas em algumas condições.
Principais institutos de investigação (empresas):
ETREMA, American, British Rare Earth Products Company, Japan Sumitomo Light Metal Company, etc.
Descoberta:
Estado líquido, combinando as propriedades magnéticas dos materiais magnéticos sólidos e a fluidez dos líquidos.
Tem características e aplicações que os materiais magnéticos tradicionais a granel não têm.
Tendência de desenvolvimento:
É utilizado nos domínios da vedação magnética, refrigeração magnética, bomba de calor magnética, etc., e altera a refrigeração vedada tradicional e outros métodos.
Principais institutos de investigação (empresas):
American ATA Applied Technology Corporation, Japan Panasonic, etc.
Descoberta:
Pode sentir e responder a alterações no ambiente circundante e tem características de resposta biológica semelhantes.
Tendência de desenvolvimento:
O ciclo de expansão-contração do gel de polímero inteligente pode ser utilizado para válvulas químicas, separação por adsorção, sensores e materiais de memória.
A energia fornecida pelo ciclo é utilizada para conceber o "motor químico".
A capacidade de controlo da malha é adequada para sistemas inteligentes de libertação de medicamentos, etc.
Principais institutos de investigação (empresas):
Universidades americanas e japonesas.
Introdução:
A película holográfica é uma aplicação inovadora da tecnologia de hologramas. É uma película de projeção patenteada que, pela primeira vez a nível internacional, permite que as imagens sejam vistas diretamente de frente e de trás, em múltiplos ângulos, incluindo 360 graus, independentemente das condições de iluminação.
A película holográfica oferece ecrãs aéreos dinâmicos com imagens cristalinas, permitindo aos espectadores ver através da película para o fundo. Pode ser combinada com software interativo para criar imagens interactivas tridimensionais, mergulhando o público numa experiência espacial cativante.
Com vantagens inigualáveis, como alta definição, resistência à luz brilhante, ultrafino e propriedades anti-envelhecimento, está pronto para se tornar um dos materiais mais promissores do futuro.
Tendências futuras:
Dada a sua capacidade de proporcionar exibições aéreas dinâmicas e imagens nítidas, permitindo ao mesmo tempo que o público veja o fundo e interaja com imagens tridimensionais, a película holográfica apresenta inúmeras vantagens sem paralelo. Está na vanguarda da inovação material, destinada a atrair mais investigação científica.
As previsões para as tendências futuras no desenvolvimento de películas holográficas incluem dois aspectos principais:
Em primeiro lugar, componentes nano-ópticos a nível molecular, centrados no cristal de filtro de cor holográfico (HCFC) e integrando a nanotecnologia numa abordagem multidisciplinar que combina a ciência dos materiais, a ótica e a ciência dos polímeros.
Em segundo lugar, a película terá estruturas ópticas de precisão avançada no seu design leve, garantindo imagens de alta definição e alto brilho.
A clareza excecional do material e o seu design minimalista e elegante contribuem para a sua utilização em dispositivos electrónicos e películas ópticas. O desenvolvimento da tecnologia de película holográfica é um foco para muitos países e, sem exagero, encerra o futuro. A nação que dominar e utilizar esta tecnologia em primeiro lugar irá liderar o caminho para a era tecnológica avançada.
Introdução:
O hidrogénio metálico é um estado condutor do hidrogénio líquido ou sólido formado sob pressões de milhões de atmosferas. A sua condutividade eléctrica é semelhante à dos metais, daí o nome hidrogénio metálico. Como material de armazenamento de alta densidade e alta energia, o hidrogénio metálico foi anteriormente previsto como um supercondutor à temperatura ambiente.
Contém uma enorme quantidade de energia, 30 a 40 vezes superior à dos explosivos TNT convencionais. Em 26 de janeiro de 2017, a revista Science noticiou que o laboratório da Universidade de Harvard tinha criado com sucesso hidrogénio metálico. No entanto, em 22 de fevereiro de 2017, devido a um erro de manuseamento, a única amostra de hidrogénio metálico do mundo desapareceu.
Teoricamente, a obtenção de hidrogénio metálico a uma pressão extremamente elevada é certamente possível, mas é necessária mais investigação para que os cientistas possam adquirir amostras. A maioria dos supercondutores conhecidos requer o arrefecimento com hélio líquido (-269°C) ou azoto líquido (-196°C), o que limita o desenvolvimento da tecnologia supercondutora.
Ao contrário dos químicos, os astrónomos referem-se a todos os elementos, exceto o hidrogénio e o hélio, como metais. Em condições de alta temperatura e alta pressão, o hidrogénio gasoso pode também transformar-se em hidrogénio metálico condutor.
Por exemplo, a camada exterior de Júpiter é constituída por 1000 quilómetros de hidrogénio molecular gasoso, sob o qual se encontra uma camada de 24 000 quilómetros de hidrogénio molecular líquido, seguida de uma camada de 45 000 quilómetros de hidrogénio metálico líquido.
Em 1936, o cientista americano Wigner calculou pela primeira vez a pressão à qual o hidrogénio transita para um metal, sugerindo que a pressão crítica para esta transformação variava entre um e dez milhões de atmosferas.
Tendências de desenvolvimento futuro:
A temperatura crítica supercondutora do hidrogénio metálico, que é a temperatura máxima à qual exibe supercondutividade, varia entre -223°C e -73°C. Pode ser potencialmente utilizado a temperaturas próximas da do dióxido de carbono sólido (-78,45°C), o que faria avançar significativamente a tecnologia de supercondutores.
Uma vez que o hidrogénio metálico é um material de alta densidade, a sua utilização como combustível reduziria consideravelmente o tamanho e o peso dos foguetões, conduzindo a um salto monumental na exploração espacial. O advento do hidrogénio metálico, semelhante ao nascimento da máquina a vapor, desencadeará uma era revolucionária no domínio da ciência e da tecnologia.
O hidrogénio metálico existe num estado metaestável e poderia ser utilizado para criar "gaiolas magnéticas" para confinar o plasma, contendo o gás ionizado escaldante. As reacções de fusão nuclear controladas converteriam então a energia nuclear em energia eléctrica, oferecendo uma fonte de energia barata e limpa. Esta energia permitiria a construção de "fábricas que imitam o Sol" na Terra, resolvendo assim a crise energética da humanidade.
Visão geral: Um supersólido é, na verdade, semelhante a um superfluido, denotando uma substância sólida que possui propriedades superfluidas, combinando essencialmente as características de "superfluido + sólido". Em termos simples, um supersólido não só mantém o arranjo atómico ordenado típico de um estado cristalino, mas também flui sem fricção, como um superfluido.
A temperaturas extremamente baixas, as vacâncias dentro da estrutura cristalina de um supersólido podem agrupar-se e fluir livremente por todo o material. Se um objeto sólido for colocado nas vacâncias de um lado do supersólido, atravessará o supersólido com estas vacâncias, movendo-se tão livremente como se estivesse a atravessar paredes.
Tendências futuras: Este novo estado da matéria só pode existir em condições de frio extremo e de ultra-alto vácuo, o que indica que, por enquanto, não o podemos aplicar amplamente. No entanto, uma compreensão mais profunda deste estado aparentemente paradoxal da matéria poderia melhorar a nossa compreensão das propriedades dos superfluidos e supercondutores, fazendo assim avançar significativamente indústrias como a dos ímanes supercondutores, dos sensores supercondutores e da transmissão de energia.
No futuro, as lacunas num supersólido tornar-se-ão entidades coerentes que se podem mover sem impedimentos no interior do sólido remanescente, à semelhança de um superfluido. O condensado de Bose-Einstein é um estado peculiar da matéria que ocorre a temperaturas ultra-frias, onde as propriedades quânticas dos átomos se tornam extremamente pronunciadas, exibindo um comportamento ondulatório significativo.
Visão geral:
A esponja de madeira, criada através do tratamento químico da madeira para remover a hemicelulose e a lenhina, é excelente na absorção de óleos da água. Pode absorver até 16-46 vezes o seu próprio peso em óleo e pode ser reutilizada até 10 vezes. Esta esponja inovadora ultrapassa todas as outras esponjas e absorventes atualmente utilizados em termos de capacidade, qualidade e reutilização.
Desenvolvimento futuro:
Os derrames de petróleo e de produtos químicos causaram uma devastação sem precedentes nas massas de água em todo o mundo. Como solução ecológica para a limpeza dos oceanos, a esponja de madeira apresenta um meio eficaz para resolver este problema.
Visão geral:
Os cristais de tempo, também conhecidos como cristais de espaço-tempo, são cristais tetradimensionais que exibem estruturas periódicas tanto no espaço como no tempo. Tipicamente, encontramos três estados fundamentais da matéria: sólido, líquido e gasoso.
No entanto, com o avanço da ciência, o conceito de estados da matéria expandiu-se para incluir plasma, condensados de Bose-Einstein, fluidos supercríticos, entre outros. Os cristais de tempo representam um novo estado da matéria e uma fase de não-equilíbrio que quebra a simetria translacional temporal.
O conceito de cristais temporais foi proposto pela primeira vez pelo prémio Nobel Frank Wilczek em 2012. Estamos familiarizados com os cristais tridimensionais, como o gelo e os diamantes - estruturas geometricamente simétricas criadas pela disposição periódica de partículas microscópicas no espaço.
Enquanto ensinava os seus alunos, Wilczek ponderou se o conceito de cristais tridimensionais poderia ser alargado ao domínio tetradimensional do espaço-tempo, permitindo que a matéria exibisse arranjos periódicos ao longo do tempo.
Ou seja, os cristais de tempo mudam de estado em momentos diferentes, e essas mudanças são cíclicas. Por exemplo, um cristal de tempo pode ser açúcar num segundo, açúcar mascavado no segundo seguinte, e depois voltar a ser açúcar no terceiro segundo.
Tendências futuras:
Em setembro de 2021, quatro cientistas teóricos - Norman Yao, Vedika Khemani, Dominic Else e Masaki Watanabe - receberam conjuntamente o "Prémio Revelação em Física Fundamental", marcando um reconhecimento mais amplo para o novo campo dos cristais de tempo discreto.
No final de 2021, a experiência com cristais de tempo discreto realizada pela equipa de computação quântica da Google foi considerada uma das principais descobertas físicas do ano pela American Physical Society (APS) Physics e pelo Institute of Physics (IOP) Physics World.
A investigação sobre cristais de tempo discreto revolucionou a nossa compreensão dos sistemas de condução periódica, da localização de muitos corpos, da pré-termalização e dos processos de termalização quântica. Também encorajou um vasto leque de investigadores de várias áreas a aprofundar esta área.
A evolução dos cristais de tempo discreto mostra que a exploração científica é muitas vezes um desafio, exigindo refutações e debates académicos rigorosos. No domínio da descoberta científica, os erros perspicazes são mais valiosos do que as verdades medíocres, uma vez que podem abrigar novas ideias.
Os cristais temporais beneficiaram dos rápidos avanços da tecnologia de computação quântica, o que permitiu o seu rápido desenvolvimento e não a sua obscuridade.
Introdução:
A empresa canadiana de biotecnologia Hyperstealth Biotechnology desenvolveu um material avançado conhecido como "Quantum Stealth" (tecido invisível). Este tecido, designado por "camuflagem Quantum Stealth", consegue a invisibilidade através da dobragem das ondas de luz.
Tendências futuras:
Este material poderia ser utilizado para criar capas de invisibilidade, ajudando os soldados no campo de batalha a realizar missões altamente desafiantes através da ocultação. O diretor executivo da empresa, Guy Cramer, declarou: O material "Quantum Stealth" não só pode ajudar as forças especiais a efetuar ataques durante o dia, como também pode facilitar a fuga de um soldado quando este se depara com um perigo inesperado.
Além disso, este material é promissor para aplicação na próxima geração de aviões, submarinos e tanques furtivos, permitindo-lhes alcançar uma verdadeira invisibilidade e permitindo que as tropas ataquem o inimigo sem serem vistas".
Descrição geral: Este material, composto por polímeros e água, é condutor e mantém-se perpetuamente húmido.
Perspectivas futuras: No futuro, este material tem o potencial de ser utilizado na criação de pele artificial e de robots flexíveis com capacidades biomiméticas.
Introdução:
Os dicalcogenetos de metais de transição (TMDC) possuem uma estrutura bidimensional simples e são materiais super-inovadores a par do grafeno. São normalmente compostos por um elemento metálico de transição M (como o molibdénio, o tungsténio, o nióbio, o rénio, o titânio, etc.) e um elemento calcogénio X (como o enxofre, o selénio, o telúrio, etc.).
Devido ao seu custo relativamente baixo e à facilidade de fabrico em camadas extremamente finas e estáveis, juntamente com as suas propriedades semicondutoras, os TMDCs surgiram como materiais ideais no domínio da optoelectrónica.
Tendências de desenvolvimento futuro:
Se forem injectados electrões e buracos nos TMDCs, estes recombinam-se quando se encontram e emitem fotões. Esta capacidade de conversão fotónico-eletrónica é promissora para os TMDC no domínio da transmissão de informação ótica, onde poderão servir como fontes de luz ou lasers em miniatura e de baixa potência.
Os TMDC podem também ser combinados com vários materiais bidimensionais para criar heterojunções com problemas mínimos de desfasamento da rede. Espera-se que esses dispositivos fotónicos de heterojunção demonstrem um desempenho superior numa gama espetral mais vasta.
Visão geral:
Os materiais de ebulição criogénica são substâncias que se comportam de forma oposta aos materiais de ebulição térmica, passando de sólido a líquido e a gás à medida que a temperatura diminui. Estes materiais permanecem sólidos a temperaturas elevadas e ambientes, com a sua resistência a aumentar à medida que a temperatura sobe, podendo suportar temperaturas superiores a 10.000 graus Celsius.
Liquefazem-se a -121°C e transformam-se em gás a -270°C. Os materiais de ebulição criogénica são considerados supermateriais. Em comparação com os materiais resistentes a altas temperaturas e supercondutores mais avançados atualmente em desenvolvimento, apresentam uma resistência a altas temperaturas e uma supercondutividade superiores.
Quando dopados com materiais inertes de ebulição térmica, a resistência a baixa e ultra baixa temperatura dos materiais de ebulição criogénica pode ser melhorada, proporcionando uma resistência excecional numa gama de temperaturas mais ampla.
Os materiais metálicos criogénicos apresentam propriedades supercondutoras à temperatura ambiente, eliminando a necessidade de ambientes de alto custo e baixa temperatura. Por conseguinte, têm um enorme potencial para investigação e aplicações práticas.
Tendências de desenvolvimento futuro:
Os analistas da indústria sugerem que os materiais de ebulição criogénica poderão ser amplamente utilizados na indústria aeroespacial, em supermáquinas e em dispositivos electrónicos. Por exemplo, no sector aeroespacial, estes materiais podem ser utilizados para fabricar motores de desempenho superior e cascos de naves espaciais.
São ideais para naves espaciais que viajam à terceira velocidade cósmica ou superior, onde os componentes têm de manter uma dureza ultra-alta sob temperaturas extremas geradas por viagens a alta velocidade e ainda funcionar eficazmente nas condições frias e ultra-frias do espaço.
Os materiais criogénicos em ebulição poderão conduzir a uma revolução tecnológica na indústria aeroespacial. No entanto, a sua síntese ou extração da Lua apresenta desafios significativos, e há um longo caminho a percorrer antes de estes materiais poderem ser aplicados.
Introdução:
Os fluidos magnetorreológicos, também conhecidos como fluidos magnéticos, ferrofluidos ou simplesmente magfluidos, representam uma classe inovadora de materiais funcionais que combinam a fluidez dos líquidos com as propriedades magnéticas dos ímanes sólidos. Compostos por partículas sólidas magnéticas à escala nanométrica, líquidos transportadores e tensioactivos, estes líquidos coloidais estáveis não apresentam qualquer atração magnética em repouso.
No entanto, apresentam propriedades magnéticas quando expostos a um campo magnético externo. Estas características únicas levaram à sua ampla aplicação e a um valor académico significativo.
Os fluidos magnetoreológicos produzidos a partir de pós nanométricos e de ligas demonstram um desempenho superior e são amplamente utilizados em ambientes exigentes para vedantes de fluidos magnéticos, sistemas de amortecimento, dispositivos médicos, modulação de som, ecrãs ópticos e processos de separação magnetoreológica.
Tendências futuras:
Nos últimos anos, registaram-se numerosas descobertas científicas na aplicação de materiais magnetoreológicos em novas fronteiras, como a indústria aeroespacial, a defesa, os cuidados de saúde e os transportes. À medida que a tecnologia avança, estas aplicações estão a expandir-se e a procura de conhecimentos científicos e técnicos especializados está a aumentar constantemente.
Reconhecidos como um dos materiais com maior potencial de desenvolvimento futuro, os fluidos magnetoreológicos têm atraído a atenção internacional.
Embora a China tenha entrado no domínio da investigação magnetoreológica mais tarde do que outros países, está a ganhar rapidamente impulso. Com o monopólio das tecnologias de aplicação de ponta, outrora detido por países desenvolvidos como o Reino Unido e os EUA, a diminuir gradualmente, prevê-se que a concorrência na investigação de materiais magnetoreológicos se intensifique nos próximos anos.
Introdução:
Este material de revestimento é uma liga vítrea à base de ferro, especificamente concebida para brocas industriais e ferramentas de perfuração, oferecendo uma maior resistência à fratura sob cargas pesadas. É significativamente mais económico do que os materiais convencionais, como as ligas duras de carboneto de tungsténio-cobalto, e também aumenta a eficiência da perfuração de túneis devido à sua vida útil prolongada.
Tendências futuras:
Este material tem aplicações potenciais em sectores como o fabrico e a construção no futuro.
Visão geral:
Os nanopontos de perovskite, conhecidos pela sua colossal magnetorresistência, elevada condutividade iónica, propriedades eletrocatalíticas e atividade redox, têm um vasto potencial para aplicações na absorção de luz, armazenamento, catálise e deteção.
As perovskitas são materiais estruturais cristalinos e representam uma nova classe de materiais funcionais. Atualmente, os seus problemas de estabilidade constituem um obstáculo significativo ao seu desenvolvimento. No entanto, a investigação sobre novas estruturas de perovskite está a avançar, atraindo uma atenção considerável para os nanodots de perovskite.
Tendências futuras:
De acordo com o relatório "China Perovskite Nanodot Market Development Status and Industry Outlook Forecast Research Report", publicado pela rede de estudos de mercado, uma equipa da Universidade de Tecnologia de Queensland (QUT), na Austrália, está a integrar nanodots de perovskite, fabricados a partir de cabelo humano, em células solares.
Estes nanopontos formam uma camada protetora na superfície da perovskite, protegendo o material de vários factores externos, melhorando a sua estabilidade e aumentando a eficiência da conversão fotovoltaica. Este facto pode também reduzir os custos de produção.
Estes avanços são cruciais para o desenvolvimento em grande escala das células solares de perovskite, o que indica um futuro promissor para os nanodots de perovskite.
Introdução:
Os metais de micro-rede são construídos a partir de minúsculos tubos ocos interligados para formar uma estrutura, com um diâmetro de cada tubo de aproximadamente 100 micrómetros e uma espessura de parede de apenas 100 nanómetros. Devido à sua natureza oca, o interior do metal é composto por 99,99% de ar.
Este metal é composto principalmente de ar leve, permitindo-lhe repousar sobre um dente-de-leão ou flutuar no chão como uma pena de uma altura. Muitos podem questionar a força de um metal tão leve, suspeitando que seja extremamente frágil. No entanto, este não é o caso. Os metais de micro-rede são excecionalmente fortes e possuem um elevado nível de resistência à compressão.
Tendências de desenvolvimento futuro:
Como eléctrodos de baterias e suportes de catalisadores, os metais de micro-rede estão preparados para revolucionar o futuro da aviação e do fabrico de naves espaciais. Prometem reduzir a massa dos veículos de exploração do espaço profundo da NASA em 40%, o que é crucial para futuras missões a Marte e mais além.
Visão geral:
O estaneno, também conhecido como uma camada única de átomos de estanho, apresenta uma estrutura bidimensional em favo de mel semelhante ao grafeno, o que o torna um novo material quântico. A sua estrutura cristalina baseia-se no alfa-estanho tipo diamante e, devido à sua configuração sem camadas, não pode ser produzido através de esfoliação mecânica, o que resulta em barreiras tecnológicas de produção extremamente elevadas.
Em comparação com outros materiais bidimensionais, como o grafeno, o siliceno e o germaneno, o estaneno tem ligações mais longas e uma condutividade eléctrica superior, estando pronto para se tornar o primeiro super material do mundo capaz de atingir uma condutividade eléctrica de 100,0% à temperatura ambiente.
Tendências futuras:
Os analistas do sector indicam que, enquanto material bidimensional emergente, o estaneno tem amplas perspectivas de aplicação. Com a inovação contínua e os avanços na tecnologia de investigação e desenvolvimento, espera-se que o leque de aplicações do estaneno se expanda e que a indústria atinja o desenvolvimento comercial.
As barreiras técnicas na indústria do estaneno são elevadas e, nos últimos anos, numerosas equipas de investigação chinesas fizeram progressos significativos no estudo dos materiais de estaneno, o que teve um impacto positivo no crescimento da indústria.
Visão geral:
A supercola molecular é um adesivo descoberto em 2013 por Mark Howarth e a sua equipa de investigação do Departamento de Bioquímica da Universidade de Oxford, derivado de proteínas libertadas pela bactéria Streptococcus pyogenes durante a invasão celular.
Inspirado nas proteínas emitidas pelo Streptococcus pyogenes, o adesivo é formado por dois componentes proteicos que se podem separar, mas que voltam a unir-se como cola após o contacto. Conhecida como supercola molecular, esta cola possui uma elevada força de ligação, excelente tolerância a temperaturas extremas e resistência a ambientes ácidos e outros ambientes agressivos.
Perspectivas futuras:
Olhando para o futuro, este material tem aplicações potenciais no diagnóstico do cancro; a supercola molecular pode ligar-se a metais, plásticos e várias outras substâncias, ultrapassando o problema comum da fraca adesão entre os revestimentos convencionais e os metais.
Introdução:
Os metamateriais, um termo que surgiu no século XXI, referem-se a materiais ou estruturas compostas especiais que possuem propriedades físicas extraordinárias não encontradas nos materiais convencionais. Isto é conseguido através da conceção estrutural ordenada de dimensões físicas fundamentais.
Os metamateriais cruzam-se com numerosas disciplinas, como a física, a química, a optoelectrónica, a ciência dos materiais, a ciência dos semicondutores e o fabrico de equipamentos, posicionando-os na vanguarda da investigação global com importância estratégica.
A prestigiada revista Science classificou os metamateriais como um dos dez maiores avanços científicos da primeira década deste século, enquanto a revista Materials Today também os saudou como um dos dez avanços mais significativos na ciência dos materiais nos últimos cinquenta anos.
Tendências futuras:
Os metamateriais estão prestes a tornar-se um novo material com um potencial ilimitado. No entanto, estão ainda a alguma distância de uma verdadeira industrialização em grande escala, com muitos desafios ainda por ultrapassar. Estes desafios orientarão a investigação dominante em metamateriais, conduzindo potencialmente a novos avanços e realizações tecnológicas neste domínio.
Visão geral:
O quantum é um conceito essencial na física moderna, representando a mais pequena unidade fundamental de matéria e energia. O metal quântico é um metal composto pelas mais pequenas unidades de partículas e é um material bidimensional único. Possui as características dos metais comuns, bem como propriedades isolantes e supercondutoras.
Sob campos magnéticos moderados, comporta-se como um metal quântico, transita para um isolador sob campos magnéticos fortes e torna-se um supercondutor abaixo dos -272°C. Este facto demonstra o potencial de investigação sobre os estados bidimensionais dos metais quânticos.
Tendências futuras:
Os analistas da indústria indicam que a supercondutividade é uma direção significativa para a investigação de metais quânticos. Os supercondutores, que apresentam uma resistência eléctrica nula abaixo da sua temperatura crítica, podem transmitir eletricidade sem perdas e têm amplas aplicações em eletrónica, telecomunicações, energia, transportes, medicina, indústrias nucleares, aeroespacial, etc.
Em 2021, o mercado global de supercondutores foi avaliado em aproximadamente $7,6 bilhões e continua a mostrar uma tendência de crescimento. Os supercondutores podem ser categorizados em supercondutores de baixa temperatura e alta temperatura, com o primeiro mantendo uma posição dominante e forte impulso de desenvolvimento. O metal quântico, como um tipo de supercondutor de baixa temperatura, tem um valor substancial em termos de investigação e aplicação.
Introdução:
O grafeno de boro, um material bidimensional, é uma estrutura atómica planar de camada única semelhante ao grafeno, composta pelo elemento boro. Esta película fina tem apenas um átomo de espessura.
Sintetizado artificialmente, prevê-se que o grafeno de boro tenha uma variedade de estruturas, possua propriedades únicas e apresente muitas características metálicas, particularmente propriedades electrónicas excepcionais. Representa uma nova classe de materiais bidimensionais.
Tendências futuras:
Os analistas do sector sugerem que, para impulsionar os avanços tecnológicos na indústria, existe um elevado nível de interesse na investigação e aplicação de novos materiais no mercado global.
O investimento dos governos e do capital na investigação de novos materiais está a aumentar continuamente e os novos materiais de elevado desempenho estão a ser desenvolvidos e comercializados a um ritmo acelerado. Como novo material bidimensional, o grafeno de boro tem excelentes propriedades electrónicas e um enorme potencial de crescimento em indústrias como a eletrónica e a energia.
A curto prazo, o seu mercado de aplicações ainda não se formou devido ao facto de estar ainda em fase de investigação. No entanto, a longo prazo, em comparação com o grafeno, tem um potencial de mercado significativo.
Visão geral:
O cimento programável, ao gerir a microestrutura das partículas de cimento, programa estas partículas para formar um betão especializado com alta densidade e baixa porosidade. Isto aumenta a força do betão, a impermeabilização e a resistência à corrosão.
O cimento programável é um tipo de cimento inovador e de alta tecnologia. Não só apresenta um melhor desempenho global, como também reduz significativamente os danos ambientais durante a produção e aplicação.
Tendências de desenvolvimento futuro:
Os analistas da indústria indicam que a China está atualmente menos empenhada na investigação de cimento programável do que os Estados Unidos. No entanto, como o país pretende fazer a transição de um gigante industrial para uma potência industrial e atingir a neutralidade de carbono e os objectivos de desenvolvimento sustentável, o governo chinês está a promover ativamente a investigação de novos materiais de elevado desempenho e amigos do ambiente.
No futuro, espera-se que os investimentos na investigação de novos materiais de construção na China aumentem de forma constante e que as realizações na investigação de cimento programável cresçam.
Visão geral:
A platina ultrafina é um novo método para depositar películas finas de platina de forma rápida e económica, reduzindo significativamente a quantidade de metal necessária para os catalisadores de células de combustível, diminuindo assim consideravelmente o seu custo.
Perspectivas futuras:
Este material pode ser utilizado no futuro em domínios como as células de combustível de hidrogénio.
Visão geral:
As ligas de platina são compostas por platina misturada com outros metais, como paládio, ródio, ítrio, ruténio, cobalto, ósmio e cobre. Como materiais funcionais, são utilizados na medição da temperatura, como catalisadores, para contactos eléctricos, materiais de eléctrodos, materiais elásticos e materiais magneto-hidrodinâmicos.
As ligas de platina para medição da temperatura apresentam uma elevada estabilidade termoeléctrica e precisão a altas temperaturas, envolvendo principalmente sistemas de platina-ródio, platina-molibdénio e platina-cobalto. As ligas de platina-ródio têm uma excelente resistência à oxidação a alta temperatura e estabilidade química.
Os termopares de liga de platina-molibdénio são utilizados para medições de alta temperatura no vácuo ou em atmosferas inertes e em campos nucleares. As ligas de platina-cobalto, utilizadas em termómetros de resistência, funcionam com elevada precisão e sensibilidade acima de 20K.
Os catalisadores de liga de platina são o único material utilizado no processo de oxidação do amoníaco para a produção de ácido nítrico, consistindo principalmente em malhas de liga de platina-ródio ou de platina-ródio-paládio.
Tendências futuras:
As ligas de platina têm uma vasta gama de aplicações em materiais de tensão a alta temperatura, materiais de enrolamento de potenciómetros de precisão, materiais médicos, joalharia e moeda, com um potencial significativo de desenvolvimento futuro.
Visão geral:
Os materiais auto-regenerativos, como o nome indica, são capazes de reparar automaticamente os danos sem necessidade de intervenção significativa. Esta propriedade não só prolonga a vida útil dos artigos, como também garante a sua segurança e integridade, reduzindo os custos de manutenção.
A investigação sobre materiais auto-regenerativos começou nos anos 90 no domínio do betão arquitetónico. No entanto, foi só em 2001 que se registaram progressos significativos, quando o eletroquímico de renome mundial, o americano Scott White, e a sua equipa publicaram um artigo na revista Nature. Desenvolveram materiais poliméricos autocicatrizantes através da incorporação de microcápsulas cheias de agentes cicatrizantes numa resina epoxídica contendo um catalisador, chamando a atenção internacional para este domínio.
Tendências futuras:
Com o rápido avanço da tecnologia de auto-regeneração, uma variedade de materiais auto-regenerativos está pronta para encontrar aplicações mais amplas em indústrias como a construção, automóvel, aeroespacial, aviação e eletrónica. A sua utilização é de grande importância para a conservação dos recursos e para a consecução de um desenvolvimento sustentável.
Visão geral:
Este revestimento inovador pode auto-ajustar a transparência do vidro. A temperaturas superiores a 67ºC, este revestimento transparente transforma-se numa superfície reflectora com um acabamento espelhado para desviar a luz solar.
Perspectivas futuras:
Este material tem aplicações potenciais na construção, nos transportes e noutros sectores.
Visão geral:
Os materiais biomiméticos são desenvolvidos para imitar várias características ou particularidades dos organismos vivos. Os materiais artificiais concebidos e fabricados para imitar os modos operacionais dos sistemas vivos e os princípios estruturais dos materiais biológicos são conhecidos como materiais biomiméticos.
Os plásticos biomiméticos não só possuem uma resistência muito superior à dos plásticos de engenharia, como também apresentam uma notável dureza e resistência à propagação de fissuras. Sofrem alterações dimensionais mínimas num intervalo de temperatura de -130°C a 150°C e, à temperatura ambiente, o seu coeficiente de expansão térmica é apenas cerca de um décimo do dos plásticos convencionais.
Tendências futuras:
À medida que a urbanização no nosso país se acelera, as questões relativas à estabilidade social e à segurança urbana estão a ganhar cada vez mais destaque. A tecnologia dos plásticos biomiméticos é um fator-chave para o desenvolvimento de infra-estruturas. Assim, com o avanço da tecnologia socioeconómica e da informação, a aplicação de plásticos biomiméticos está pronta para se tornar uma nova tendência no futuro.
Introdução:
Os cristais fotónicos são nanoestruturas ópticas periódicas que afectam o movimento dos fotões da mesma forma que as redes iónicas influenciam os electrões nos sólidos. Ocorrem naturalmente, manifestando-se como coloração estrutural e reflectores de animais, e são promissores para uma variedade de aplicações em diferentes formas. Como materiais ópticos atractivos, os cristais fotónicos são utilizados para controlar e manipular o fluxo de luz.
Tendências futuras:
Os cristais fotónicos unidimensionais são já amplamente utilizados na ótica de película fina, com aplicações que vão desde os revestimentos antirreflexo e de alto reflexo em lentes e espelhos até às tintas e tintas que mudam de cor. Os cristais fotónicos de dimensões superiores são de grande interesse tanto para a investigação fundamental como para a investigação aplicada, começando as estruturas bidimensionais a encontrar aplicações comerciais.
Os produtos comerciais que envolvem cristais fotónicos periódicos bidimensionais surgiram sob a forma de fibras de cristais fotónicos, que utilizam estruturas à escala micrónica para confinar a luz com propriedades fundamentalmente diferentes das guiadas pelas fibras convencionais utilizadas em dispositivos não lineares e para guiar comprimentos de onda invulgares.
Embora as suas contrapartes tridimensionais estejam longe de ser comercializadas, poderão oferecer funcionalidades adicionais, como a não linearidade ótica necessária para o funcionamento dos transístores ópticos utilizados nos computadores ópticos, uma vez ultrapassados certos aspectos técnicos como a capacidade de fabrico e as principais dificuldades.
Visão geral:
Os materiais cerâmicos resistentes à erosão representam um avanço altamente promissor em materiais estruturais de alta temperatura. Com um elevado ponto de fusão, servem como materiais refractários superiores para aplicações como fornos e tubos de fornos de alta temperatura. Entre estas cerâmicas, as classificadas como materiais estruturais são compostas principalmente por propriedades mecânicas como a resistência, a dureza e a tenacidade.
Embora os metais tenham sido amplamente utilizados como materiais estruturais, a sua suscetibilidade à corrosão e à oxidação a altas temperaturas torna-os inadequados para essas condições. O advento das cerâmicas estruturais de alta temperatura vem colmatar as deficiências dos materiais metálicos mais fracos. Estas cerâmicas são resistentes a altas temperaturas, à oxidação e à corrosão ácido-base.
Tendências futuras:
As cerâmicas de alta temperatura e resistentes à erosão oferecem isolamento, resistência à temperatura, resistência à corrosão e propriedades mecânicas robustas. Os revestimentos isolantes cerâmicos de alta temperatura são reconhecidos pelo seu respeito pelo ambiente, eficiência e multifuncionalidade, assegurando um lugar importante no sector dos revestimentos especializados.
Visão geral:
A hidrocerâmica é um material composto por pérolas de hidrogel que podem inchar até 400 vezes o seu volume original quando submersas em água.
Tendências futuras:
Devido a esta propriedade notável, os grânulos esféricos absorvem líquidos que se evaporam para o ar circundante durante o tempo quente, proporcionando assim um efeito de arrefecimento.
Visão geral:
Os plásticos infinitamente recicláveis são aqueles que podem ser reciclados indefinidamente. Em comparação com os plásticos convencionais, os plásticos infinitamente recicláveis podem ser reprocessados, evitando os danos causados pelos produtos plásticos que entram no ambiente, oferecendo assim benefícios ecológicos significativos. Ao contrário dos plásticos biodegradáveis, os plásticos infinitamente recicláveis não se degradam na natureza, mas podem ser reutilizados, proporcionando um valor económico substancial.
Tendências de desenvolvimento futuro:
Os plásticos infinitamente recicláveis têm uma ampla perspetiva de mercado no contexto das estratégias de desenvolvimento sustentável. Os analistas da indústria indicam que os plásticos comuns enfrentam atualmente vários problemas relacionados com o valor ecológico e económico. Os plásticos recicláveis infinitamente podem resolver estes problemas ao máximo e substituir os plásticos existentes no fabrico de vários produtos.
Introdução:
Os principais materiais utilizados na impressão 4D são os polímeros. Em 2014, os cientistas desenvolveram uma fibra de polímero sensível à tensão que pode ser fabricada em vestidos capazes de se ajustarem automaticamente à forma e aos movimentos do corpo do utilizador.
Tendências futuras:
Os materiais inteligentes estão no centro da tecnologia 4D. No entanto, como a investigação neste domínio ainda está a dar os primeiros passos, existem apenas alguns materiais maduros prontos para serem colocados no mercado, sendo os polímeros o principal foco. Este facto apresenta tanto oportunidades como desafios. Uma área chave da investigação atual é a investigação do potencial da cerâmica, dos metais, das substâncias biológicas e dos compósitos como materiais de impressão.
Visão geral:
Este polímero delicado e suave, quando aplicado na pele, pode apertar e levantar instantaneamente, eliminando sem esforço as rugas.
Perspectivas futuras:
Este material é muito promissor para o desenvolvimento de produtos de cuidados da pele e para o tratamento de doenças da pele.
A tecnologia de IA acelera o processo de desenvolvimento de materiais de elevado desempenho principalmente através dos seguintes aspectos:
Melhorar a precisão da modelação e a capacidade de gerar novas funções: A inovação central da ciência dos materiais de IA reside na otimização de algoritmos, especialmente na aplicação da tecnologia de aprendizagem profunda. Isto melhora significativamente a precisão da modelação, prevendo assim com maior exatidão o desempenho e as funções dos novos materiais.
Iniciativa relativa ao genoma dos materiais: Ao criar a infraestrutura para a inovação de novos materiais, a tecnologia de IA ajuda a, pelo menos, duplicar a velocidade desde a investigação e desenvolvimento até à aplicação dos materiais, reduzindo simultaneamente os custos para metade. Neste processo, a criação de uma base de dados é fundamental, constituindo a pedra angular da engenharia do genoma dos materiais.
Experiências de alto rendimento, automatizadas e inteligentes: A tecnologia de IA promoveu o elevado rendimento, a automatização e a inteligência das experiências com materiais. Isto não só melhora a eficiência das experiências, como também promove a integração profunda de simulações teóricas e dados experimentais, orientando assim a conceção e otimização de novos materiais.
Combinação de grandes volumes de dados e métodos de aprendizagem automática: O método de aprendizagem automática que combina uma função de alta precisão e um potencial profundo construído com tecnologia de IA com cálculo de elevado rendimento pode prever materiais de fronteira, como isoladores topológicos, materiais catalíticos, materiais bidimensionais, etc.
Resolver o problema do "estrangulamento": A tecnologia de IA, especialmente a investigação impulsionada pela tecnologia de grandes volumes de dados, fornece meios eficazes para resolver problemas difíceis no domínio da ciência dos materiais, acelerando o processo de desenvolvimento de novos materiais.
Aplicação da informática dos materiais: A utilização eficiente da IA na investigação informática de materiais, fazendo avançar o desenvolvimento de materiais através da previsão de propriedades, é um aspeto importante dos métodos inovadores da IA no domínio da ciência dos materiais.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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