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Linhas de Pesquisa

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As pesquisas desenvolvidas no PPGCEM vêm apresentando expressiva Multidisciplinaridade, resultando na Incorporação de Tecnologia em Recursos Naturais Regionais, no Estudo e no Desenvolvimento de Novos Materiais, na Sustentabilidade e na Qualificação Profissional de Recursos Humanos. A essência das pesquisas desenvolvidas está comportada, atualmente, na Área de Concentração Materiais, e em 2 (duas) Linhas de Pesquisa ((i) - Materiais Nanoestruturados e (ii) - Propriedades Físicas, Mecânicas e Modelagem de Materiais):

Linha 1: Materiais Nanoestruturados

A Linha de Pesquisa Materiais Nanoestruturados tem como objetivo a aquisição de conhecimento fundamental, teórico e experimental sobre suas Propriedades Estruturais, Morfológicas, Térmicas, Magnéticas, Ópticas e Elétricas de Materiais Nanométricos, avaliando suas potencialidades para Aplicações Nanotecnológicas. As pesquisas envolvendo Materiais Nanoestruturados desenvolvidas no âmbito do PPGCEM buscam, especialmente, incorporar tecnologia em recursos naturais regionais, visando estimular o interesse e o impacto regional. Destacam-se os (i) Biomateriais Amazônicos, (ii) Nanocompósitos, (iii) Sistemas de Liberação Controlada, (iv) Ligas Metálicas e Compostos de Terras Raras e Óxidos Metálicos, (v) Polímeros Condutores Intrínsecos e (vi) Supercapacitores e Baterias.

Biomateriais AmazônicosEssas pesquisas estão voltadas para o estudo e aplicação de Biomateriais Amazônicos, tendo como destaque as fibras lignocelulósicas, amidos, amilose/amilopectina e carboidratos extraídos de diversos insumos regionais. Determinar suas propriedades estruturais, físico-químicas e reológicas é essencial para direcionar a aplicação destes Biomateriais como matrizes ou reforços de (nano)compósitos, emulsificantes ou agentes carreadores. 

NanocompósitosAs Interações Moleculares entre matriz e reforço vêm sendo avaliadas, especialmente, pela correlação entre dados experimentais e teóricos (através de análises de DFT - Density Functional Theory). Nanocompósitos são abordados nas Disciplinas Ciência dos Materiais e Seminários I e II. Destacam-se aqueles que possuem matrizes constituídas por polímeros condutores e celulose (oriunda de biomassa amazônica) e reforços constituídos por diversos óxidos e nanopartículas metálicas.

Sistemas de Liberação ControladaObjetiva-se o Desenvolvimento de Nanopartículas Biodegradáveis contendo Óleos Essenciais Amazônicos (Sistemas de Liberação Controlada), os quais possuem comprovadamente atividades larvicida, fungicida, inseticida, acaricida, antibacteriana e repelente. A Bioprospecção e a Incorporação de Tecnologia em insumos amazônicos são priorizadas, e este tema é suportado pelas disciplinas PGCEM522 - Biomateriais e PGCEM520 - Processos de Encapsulação. A utilização de recursos regionais amazônicos se torna estratégico e caminha juntamente com a Missão do PPGCEM.

Ligas Metálicas e Compostos de Terras Raras e Óxidos MetálicosLigas Metálicas Nanoestruturadas de alta performance, especialmente compostos half-Heusler, vem sendo desenvolvidos tanto em condições ambientes quanto em altas pressões para a avaliação de suas propriedades estruturais, térmicas e elétricas. Além disso, compostos de Terras Raras e Óxidos Metálicos, considerados estratégicos pelo Ministério de Minas e Energia, oriundos da mineração regional e nacional, também vem sendo desenvolvidos por Moagem de Alta Energia (Mechanical Alloying), de forma que os cristalitos sejam reduzidos à ordem nanométrica, resultando no decaimento da condutividade térmica sem degradação das propriedades elétricas. 

Polímeros Condutores IntrínsecosPolímeros Condutores Intrínsecos vêm sendo sintetizados e avaliados principalmente em termos da Ciência dos Materiais. Esse tema de pesquisa tem suporte nas Disciplinas PGCEM502 - Caracterização dos Materiais, PGCEM509 - Ciência e Tecnologia de Polímeros e PGCEM519 - Fundamentos de Processamento de Imagens. As pesquisas visam o Desenvolvimento de Novas Metodologias de Sínteses para melhorar suas Propriedades Elétricas. A Correlação dos Dados Experimentais e Teóricos vem ocorrendo através de análises de DFT.

Supercapacitores e BateriasObjetiva-se o desenvolvimento de materiais nanoestruturados que tenham potencialidade de aplicação como Inibidores de Corrosão, além de ecologicamente amigáveis. Também vem sendo desenvolvidos materiais capazes de armazenar grande quantidade de energia, como Supercapacitores e Baterias de (Li,Na)–TiO2, visando melhorar suas propriedades físico-químicas e aumentar suas potencialidades para o setor energético e eletrônico.

 

Linha 2: Propriedades Físicas, Mecânicas e Modelagem de Materiais

A Linha de Pesquisa Propriedades Físicas, Mecânicas e Modelagem de Materiais possui como objetivos principais (i) desenvolver novos materiais e/ou materiais alternativos para misturas asfálticas e subcamadas dos pavimentos; (ii) utilizar fibras naturais e/ou de resíduos agroflorestais amazônicos como reforço em compósitos estruturais poliméricos, cerâmicos, cimentícios e geopoliméricos; (iii) sintetizar e caracterizar as propriedades Físicas e Mecânicas de Materiais Cerâmicos Avançados e Biomateriais Cerâmicos e (iv) realizar cálculos teóricos ab-initio afim de correlacionar as Propriedades Físicas dos Materiais obtidas experimentalmente com dados teóricos. Atualmente, as pesquisas realizadas no âmbito do PPGCEM estão centradas em (i) Novos Materiais em Geotecnia, (ii) Materiais Compósitos, e (iii) Modelagem de Materiais.

Novos Materiais em GeotecniaAs pesquisas desenvolvidas neste tema abordam as misturas asfálticas e as subcamadas dos pavimentos. Para as misturas asfálticas estudam-se novos materiais como alternativas à carência dos agregados (graúdos e miúdos) e cimento asfáltico de petróleo (CAP), por meio da incorporação aos materiais tradicionalmente utilizados ou da substituição destes por materiais não convencionais - dentre os quais destacam-se os agregados sinterizados de argila calcinada (ASAC), os resíduos de construção e demolição (RCD), a cal de carbureto, os polímeros (sintéticos e naturais) e os aditivos orgânicos provenientes da produção sustentável de plantas da Amazônia. Referente às subcamadas, analisa-se a mistura dos solos naturais com materiais alternativos, tais como argila sinterizada e resíduos e produtos asfálticos, visando sua estabilização granulométrica e química.

Materiais CompósitosMateriais e tecnologias não convencionais são temas de pesquisa que objetivam o desenvolvimento de novos materiais e novas tecnologias. Dentre esses materiais destacamos a ativação alcalina de pozolanas naturais e de fibras naturais e/ou de resíduos agroflorestais para a obtenção de aglomerantes especiais, estudos sobre adições e/ou substituições minerais (inertes) e durabilidade de matrizes cerâmicas, cimentícias e geopoliméricas, além do estudo da incorporação de resíduos industriais em matriz geopolíméricas.

Modelagem de Materiais: Cálculos ab initio vem sendo desenvolvidos com sucesso no estudo das propriedades eletrônicas de materiais obtidos experimentalmente, como ligas metálicas, polímeros e compósitos. O cálculo ab initio aqui utilizado baseia-se na Teoria do Funcional Densidade – DFT, utilizando-se o software Quantum Espresso. Atualmente as pesquisas se estenderam para os estudos de argilo-minerais, em particular, daqueles componentes do ASAC (Agregados Graúdos de Argila Calcinada), desenvolvidos nos laboratórios do Grupo de Geotecnia, visando à obtenção de novos materiais apropriados para aplicação na construção de pavimentos. Por meio da simulação, as propriedades físicas e mecânicas desses materiais vem sendo avaliadas, tais como a relação tensão-deformação, a curva pressão versus volume e módulo de elasticidade.

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