Pesquisa pode inovar processo de sinterização de materiais cerâmicos

Imagem: Ganhadora Isabela Lavagnini (Arquivo pessoal)

Doutora em Engenharia e Ciência de Materiais pela Universidade de São Paulo (USP), Isabela Lavagnini obteve o título com o trabalho Sinterização de zircônia, hidroxiapatita e compósito hidroxiapatita-zircônia via flash sintering. A pesquisa tem potencial inovador no processo de sinterização de materiais cerâmicos, com maior eficiência energética e menor custo de produção, além de possibilidade de aplicação no setor biomédico. Por isso, a pesquisadora venceu o Prêmio CAPES de Tese 2024 na área de Materiais.

Sobre o que é a sua pesquisa?
A pesquisa desenvolvida foi sobre o processo de sinterização de materiais cerâmicos utilizando uma técnica não convencional chamada flash sintering (FS). A sinterização convencional, amplamente usada na indústria para densificar as peças cerâmicas, envolve aquecer o material a altas temperaturas por longos períodos. Embora eficaz, esse método consome muita energia, pois aquece todo o forno e não apenas o material, o que contribui para custos elevados e para uma pegada de carbono significativa no setor industrial.

A flash sintering surge como uma alternativa mais rápida e eficiente do ponto de vista energético, combinando o aquecimento do forno com a aplicação de um campo elétrico direto sobre o material. O grande diferencial desse método está no efeito Joule, que ocorre quando uma corrente elétrica passa pelo material, gerando calor internamente. Ao contrário da sinterização convencional, em que o calor é transferido de fora para dentro, o efeito Joule aquece o material de dentro para fora, acelerando o processo de sinterização. Isso permite que a densificação da cerâmica ocorra em poucos segundos, utilizando temperaturas de forno significativamente mais baixas.

O objetivo principal da pesquisa foi compreender os fenômenos complexos que ocorrem durante a flash sintering e como as variáveis do processo afetam as propriedades finais dos materiais, buscando otimizar o processo para aproximar a técnica das indústrias cerâmicas, além de visar cerâmicas com propriedades finais aprimoradas. Os resultados obtidos foram bastante promissores, especialmente no que diz respeito ao entendimento do comportamento microestrutural dos materiais e das variáveis que influenciam a técnica de flash sintering.

Esses resultados mostraram potencial para reduzir custos e tempo de processamento na fabricação de cerâmicas e capacidade de gerar microestruturas e propriedades que não seriam alcançadas com a sinterização convencional. Isso reforça a importância de explorar essa técnica em diferentes sistemas cerâmicos para avanços tecnológicos e industriais futuros.

O que você destacaria de mais relevante na sua pesquisa?
Destaco como mais relevante a solução de alguns problemas anteriormente identificados na flash sintering, como a heterogeneidade das microestruturas e o controle das transformações de fase. Essa capacidade de controlar as variáveis do processo é crucial para tornar a flash sintering uma opção viável para a indústria.

A aplicação da flash sintering em diferentes sistemas cerâmicos demonstrou não apenas a eficiência energética e a redução de custos em comparação com a sinterização convencional, mas também a capacidade de produzir microestruturas com propriedades superiores. Além disso, um dos principais resultados foi a formação de uma microestrutura única em forma de agulhas, distribuídas aleatoriamente. Essa microestrutura apresenta características superficiais distintas, que podem abrir novas possibilidades para aplicações em biomateriais.

De que forma a sua pesquisa pode contribuir para a sociedade?
De várias maneiras, principalmente através do desenvolvimento de materiais cerâmicos avançados que atendem as necessidades industriais. A flash sintering, como técnica inovadora, não só melhora a eficiência energética e reduz custos de produção, mas também possibilita a criação de microestruturas com propriedades superiores, podendo aumentar a performance e a durabilidade dos materiais.

No setor biomédico, por exemplo, os resultados sinalizam a possibilidade de chegarmos à fabricação de implantes e dispositivos médicos que imitam melhor as características dos tecidos naturais, promovendo a integração e a recuperação do paciente. Isso pode resultar em tratamentos mais eficazes, menos complicações e, consequentemente, uma melhora na qualidade de vida.

Além disso, ao abordar questões de sustentabilidade, como a redução do desperdício de energia e a diminuição da pegada de carbono no processo de fabricação de cerâmicas, minha pesquisa se alinha com as metas globais de desenvolvimento sustentável. A adoção de técnicas mais eficientes pode contribuir para a criação de um futuro mais sustentável e consciente ambientalmente, beneficiando não apenas a indústria, mas a sociedade como um todo.

Qual a importância para você de sua tese ter sido escolhida a melhor na área?
É um reconhecimento extremamente significativo para mim, tanto no âmbito pessoal quanto profissional. Primeiramente, é uma validação do esforço e da dedicação investidos ao longo da minha pesquisa. Cada desafio superado e cada descoberta feita refletem esse reconhecimento, o que me motiva ainda mais a continuar contribuindo para o campo da ciência dos materiais.

Além disso, essa conquista aumenta minha visibilidade na comunidade acadêmica e profissional, abrindo portas para novas colaborações e oportunidades de financiamento. Esse reconhecimento pode ser um diferencial na minha trajetória de pesquisa, ajudando a consolidar minha carreira como pesquisadora de destaque na área de sinterização de cerâmicas e, futuramente, a me tornar professora em uma universidade brasileira de prestígio.

Outro aspecto importante é o impacto que esse reconhecimento pode ter na divulgação da ciência. Ao ser escolhida para esse prêmio, minha pesquisa pode alcançar um público mais amplo, inspirando outras pessoas, especialmente jovens pesquisadores e estudantes, a se interessarem pela ciência e pela tecnologia.

Foi bolsista da CAPES? Se sim, de que forma a bolsa contribui para sua formação?   
Sim, fui bolsista da CAPES durante o doutorado, e essa experiência foi fundamental para a minha formação acadêmica e profissional. A bolsa me proporcionou a liberdade financeira para me dedicar integralmente à pesquisa, o que me possibilitou ampliar meu aprendizado e desenvolvimento.

Além disso, com o auxílio Proap, disponibilizado pela CAPES ao programa de pós-graduação, pude ainda participar de alguns congressos e workshops, onde tive a chance de apresentar meu trabalho, trocar experiências com outros pesquisadores e aprender sobre as últimas inovações na área de ciência dos materiais. Isso não só me ajudou a expandir meu conhecimento técnico, mas também a desenvolver habilidades de comunicação e networking, essenciais para a carreira acadêmica.

A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) é um órgão vinculado ao Ministério da Educação (MEC).
(Brasília – Redação CGCOM/CAPES)
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