{"id":75500,"date":"2002-06-01T10:00:00","date_gmt":"2002-06-01T13:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2002\/06\/01\/mucho-mas-que-vidrio\/"},"modified":"2015-07-21T13:12:29","modified_gmt":"2015-07-21T16:12:29","slug":"mucho-mas-que-vidrio","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/mucho-mas-que-vidrio\/","title":{"rendered":"Mucho m\u00e1s que vidrio"},"content":{"rendered":"
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MIGUEL BOYAYAN<\/span>Vitrocer\u00e1mica de escoria de acer\u00eda: residuos transformados en piezas de decoraci\u00f3n, pisos y revestimientosMIGUEL BOYAYAN<\/span><\/p><\/div>\n

Cuando el tema es la investigaci\u00f3n para el desarrollo de vidrios especiales y materiales afines, Brasil tiene grandes motivos para celebrar. En los \u00faltimos a\u00f1os, un equipo de investigadores del Laboratorio de Materiales V\u00edtreos (LaMaV) del Departamento de Ingenier\u00eda de Materiales (DEMa) de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar) realiz\u00f3 importantes contribuciones en la investigaci\u00f3n de vitrocer\u00e1micas, un sofisticado material que tiene su origen en el vidrio y que puede ser empleado en la fabricaci\u00f3n de huesos y dientes artificiales, sustratos de discos duros de\u00a0laptops<\/em>, espejos de telescopios gigantes, pisos de lujo, ollas transparentes resistentes a shocks t\u00e9rmicos y placas de modernas cocinas el\u00e9ctricas que ocupan el lugar de los tradicionales quemadores de gas.<\/p>\n

Los materiales vitrocer\u00e1micos surgieron hace poco m\u00e1s de 40 a\u00f1os. Son producidos a partir de la cristalizaci\u00f3n controlada de materiales v\u00edtreos. La cristalizaci\u00f3n controlada es un fen\u00f3meno que se produce cuando el vidrio, que contiene un agente nucleante disuelto (\u00f3xido de titanio, \u00f3xido de f\u00f3sforo, \u00f3xido de circ\u00f3n, plata, oro, etc.), es sometido a temperaturas que oscilan entre los 500 y los 1.100 grados cent\u00edgrados. Como resultado de este proceso, el vidrio se transforma en un nuevo material, dotado de caracter\u00edsticas diferenciadas. “Los materiales vitrocer\u00e1micos son lisos y mucho m\u00e1s resistentes que el vidrio.<\/p>\n

Adem\u00e1s, pueden tener mostrar conductividad el\u00e9ctrica y una dilataci\u00f3n t\u00e9rmica cercana a cero”, explica el ingeniero de materiales Edgar Dutra Zanotto, coordinador del LaMaV y encargado del desarrollo de los nuevos productos. Las ventajas de esas cualidades son: que esos materiales funcionan como aislante el\u00e9ctricos, caracter\u00edstica necesaria para los sustratos de discos r\u00edgidos, por ejemplo, y pueden ser usados en situaciones en las cuales la dilataci\u00f3n del vidrio provoca perjuicios en el funcionamiento del equipamiento, como en el caso de los telescopios o placas de cocinas.<\/p>\n

La m\u00e1s reciente de las invenciones del laboratorio de la UFSCar -de la cual ya se est\u00e1 tramitando la patente- es una vitrocer\u00e1mica muy parecida al m\u00e1rmol y al granito y m\u00e1s resistente que dichos materiales. La misma podr\u00e1 utilizarse en la fabricaci\u00f3n de varios de los productos que componen una casa: pisos, azulejos y lavabos. Por ahora, el LaMaV domina la tecnolog\u00eda para la fabricaci\u00f3n de piezas peque\u00f1as, de alrededor de 15 por 15 cent\u00edmetros, pero est\u00e1 desarrollando otras mayores. En el mundo entero, solamente la empresa japonesa Nippon Electric Glas fabrica y comercializa un producto similar, al precio estimado de 500 d\u00f3lares el metro cuadrado, pero con una composici\u00f3n qu\u00edmica totalmente distinta de las estudiadas en el LaMaV. “A\u00fan no sabemos cu\u00e1nto costar\u00e1 nuestro producto. El precio ser\u00e1 definido en la etapa de producci\u00f3n, pero ciertamente ser\u00e1 mucho m\u00e1s barato”, explica el coordinador del LaMaV.<\/p>\n

En otra l\u00ednea de estudio de los investigadores de la UFSCar, el objetivo es desarrollar piezas vitrocer\u00e1micas que puedan reemplazar huesos humanos. El primer ejemplar de una biovitrocer\u00e1mica fue creado a mediados de los a\u00f1os 90 en el marco de una asociaci\u00f3n con la Universidad de Florida, Estados Unidos. Se trata de un material empleado en la fabricaci\u00f3n de dientes artificiales y peque\u00f1os huesos del o\u00eddo, como el martillo, el estribo y el yunque. En polvo, este material puede usarse para recomponer cavidades dentales. Al final de la d\u00e9cada pasada, la patente fue licenciada para la empresa American Biomaterials, de Estados Unidos.<\/p>\n

“En el proceso de patentado, por ingenuidad, fuimos identificados solamente como los inventores del producto y no como sus titulares -aqu\u00e9llos que tienen los derechos sobre la patente-. La titularidad qued\u00f3 en manos de la Universidad de Florida”, afirma Zanotto. “Nunca recibimos ni un centavo de\u00a0royalties<\/em>“, se lamenta el investigador. Hace dos a\u00f1os, los cient\u00edficos del LaMaV concluyeron el desarrollo de otra vitrocer\u00e1mica, esta vez a partir de escorias de acer\u00edas, un subproducto de la industria metal\u00fargica con alto tenor de s\u00edlice y \u00f3xidos met\u00e1licos. El trabajo fue realizado en asociaci\u00f3n con el Centro de Investigaci\u00f3n y Desarrollo de Usiminas, localizado en la ciudad de Ipatinga (Minas Gerais).<\/p>\n

En Usiminas se generan alrededor de 125 mil toneladas de escoria de alto horno y de acer\u00eda mensuales, lo que representa un grave problema ambiental. “La producci\u00f3n de vitrocer\u00e1micas de escoria sider\u00fargica librar\u00e1 al ambiente de parte de esos residuos industriales y permitir\u00e1 la sustituci\u00f3n, muchas veces con ventajas, de rocas naturales y otras materias primas”, afirma Zanotto. Gracias a su aspecto visual agradable, esta nueva vitrocer\u00e1mica podr\u00e1 usarse como piso, como revestimiento de paredes y en la decoraci\u00f3n de ambientes. Los investigadores del LaMaV esperan iniciar en breve estudios sobre la fabricaci\u00f3n del producto a escala piloto.<\/p>\n

Expandiendo fronteras
\n<\/strong>La creaci\u00f3n de estos nuevos materiales revela la importancia de las investigaciones conducidas por Zanotto y su equipo. “Nuestro laboratorio tiene 25 a\u00f1os de actividades y una filosof\u00eda de trabajo bien definida”, dice el investigador. “Creemos que es posible realizar investigaci\u00f3n b\u00e1sica de buen nivel y aplicar m\u00e9todos similares al desarrollo de tecnolog\u00eda. Queremos avanzar en las fronteras del conocimiento e innovar en el sector de vidrios y materiales afines”. Para alcanzar sus objetivos, el LaMaV mantiene una estrecha cooperaci\u00f3n con las industrias. Nada menos que 18 proyectos de investigaci\u00f3n y desarrollo fueron concretados en los \u00faltimos 20 a\u00f1os en conjunto con diversas empresas, entre ellas Pirelli, Usiminas, Companhia Baiana de Investigaciones Minerais (CBPM) y Alcoa.<\/p>\n

Toda esta producci\u00f3n tecnol\u00f3gica, seg\u00fan Zanotto, est\u00e1 sedimentada en el campo de la ciencia fundamental en investigaciones basadas en la comprensi\u00f3n del fen\u00f3meno de cristalizaci\u00f3n. “Los vidrios son materiales que poseen una energ\u00eda relativamente alta a nivel at\u00f3mico, debido a su estructura molecular desordenada, y tienden a cristalizarse espont\u00e1neamente, sin control, durante su fabricaci\u00f3n o su uso, perdiendo as\u00ed su transparencia, raj\u00e1ndose o quebr\u00e1ndose”, afirma Zanotto. “Los materiales cristalinos, por el contrario, como las vitrocer\u00e9micas, cuya estructura molecular es organizada, tienen la menor energ\u00eda posible y, por lo tanto, son termodin\u00e1micamente estables”. Este fen\u00f3meno, cuando es espont\u00e1neo, puede ocasionar serios problemas. No obstante, si la cristalizaci\u00f3n se efect\u00faa de manera controlada, es posible desarrollar nuevos materiales policristalinos como las vitrocer\u00e1micas.<\/p>\n

Gafas al horno
\n<\/strong>Como es com\u00fan en la historia de la ciencia, los materiales vitrocer\u00e1micos fueron descubiertos por casualidad. Al final de los a\u00f1os 50, el investigador estadounidense Donald Stookey, de la empresa Corning Glas, llevaba adelante investigaciones con vidrios fotocrom\u00e1ticos, esos que se oscurecen con la luz -pues tienen min\u00fasculos cristales de plata dispersos-, cuando se dio cuenta de que hab\u00eda dejado, por un olvido, un par de lentes de anteojos durante toda la noche en un horno caliente. Esos lentes quedaron opacos, completamente cristalizados, pues se hab\u00edan transformado en otro material, mucho m\u00e1s resistente, que Stookey acab\u00f3 llamando vitrocer\u00e1mica (glas-ceramics<\/em>).<\/p>\n

En ese caso fortuito, la plata actu\u00f3 como un agente nucleante. Desde entonces, decenas de empresas y laboratorios de todo el mundo estudian nuevas composiciones y formas de producci\u00f3n de esos materiales, que se mostraron \u00fatiles en diversas aplicaciones. Los espejos de los telescopios Gemini (Chile y Hawai, EE.UU.) est\u00e1n hechos con vitrocer\u00e1mica, as\u00ed como lo est\u00e1 la superficie de las modernas cocinas el\u00e9ctricas, que no tienen llama ni fuego, sino tan solo c\u00edrculos en los que se colocan las ollas o el propio alimento. Cocinas de este tipo son fabricados por las empresas Bosch, Siemens y Jung, de Blumenau (Santa Catarina), que importa el material vitrocer\u00e1mico.<\/p>\n

El gran salto
\n<\/strong>Adem\u00e1s de la creaci\u00f3n de los materiales innovadores, los cient\u00edficos de la UFSCar tambi\u00e9n investigan un nuevo proceso de fabricaci\u00f3n de vitrocer\u00e1micas, conocido como sinterizaci\u00f3n con cristalizaci\u00f3n controlada. Sinterizar significa unir varias part\u00edculas mediante calentamiento. En este caso, la formaci\u00f3n de la vitrocer\u00e1mica no necesita agentes nucleantes, como sucede en el proceso tradicional de obtenci\u00f3n de ese material. La sinterizaci\u00f3n con cristalizaci\u00f3n controlada, por lo tanto, no requiere la adici\u00f3n de una nueva sustancia que act\u00fae como catalizador. Las part\u00edculas de impurezas y los defectos, presentes en la propia superficie del vidrio, cumplen el papel de agente nucleante.<\/p>\n

Zanotto lo explica: “Observamos que en la cristalizaci\u00f3n descontrolada el proceso de transformaci\u00f3n del vidrio comienza en la superficie y concluimos que all\u00ed existen part\u00edculas y fallas cuyo efecto es similar al de los agentes nucleantes”, cuenta Zanotto. Con base en esa conclusi\u00f3n, los investigadores del LaMaV molieron el vidrio para que el polvo resultante contuviera esas part\u00edculas superficiales. “Ese fue el gran salto de nuestras investigaciones”.Puede parecer simple, pero en la pr\u00e1ctica es muy dif\u00edcil. Los investigadores demoraron siete a\u00f1os para develar los secretos de la sinterizaci\u00f3n con este tipo de cristalizaci\u00f3n, denominada concurrente.<\/p>\n

La sinterizaci\u00f3n debe producirse al comienzo del proceso y solamente al final debe comenzar la cristalizaci\u00f3n. “Tenemos un proyecto tem\u00e1tico, con complejas simulaciones computacionales, intentando entender y controlar la competici\u00f3n entre sinterizaci\u00f3n y cristalizaci\u00f3n”, afirma Zanotto. Seg\u00fan \u00e9ste, la sinterizaci\u00f3n con cristalizaci\u00f3n concurrente es un proceso alternativo para la fabricaci\u00f3n de vitrocer\u00e1micas y, en ciertos casos, \u00e9ste puede ser m\u00e1s r\u00e1pido y m\u00e1s barato.<\/p>\n

Con los resultados de los estudios producidos por el equipo del LaMaV, el laboratorio se transform\u00f3 en uno de los m\u00e1s conceptuados centros mundiales de investigaci\u00f3n en sinterizaci\u00f3n para la producci\u00f3n de materiales vitrocer\u00e1micos. Solamente algunos otros grupos lograron arribar a los resultados alcanzados por los investigadores de la UFSCar: por ejemplo, un equipo del laboratorio BAM, de Berl\u00edn, Alemania, un grupo ligado a la Academia de Ciencias de Bulgaria y la empresa japonesa Nippon Electric Glas. “Todos esos investigadores han hecho, de manera simult\u00e1nea a nuestro trabajo, importantes descubrimientos sobre el fen\u00f3meno de la sinterizaci\u00f3n y cristalizaci\u00f3n controlada”, afirma el investigador.<\/p>\n

Una actuaci\u00f3n destacada
\n<\/strong>Para tener una idea acerca de la relevancia de las investigaciones llevadas a cabo por Zanotto y su equipo, basta saber que en los \u00faltimos 20 a\u00f1os, el grupo fue laureado con m\u00e1s de una decena de premios nacionales e internacionales, y dict\u00f3, por invitaci\u00f3n, cerca de 55 conferencias en los m\u00e1s importantes congresos del \u00e1rea. “Una muestra de la importancia y la repercusi\u00f3n de las investigaciones desarrolladas por nuestro equipo es el hecho de que, en los \u00faltimos dos a\u00f1os, en 12 ocasiones, fuimos invitados a dictar conferencias plenarias en eventos importantes”, afirma Zanotto.<\/p>\n

Al margen del LaMaV, otros grupos nacionales de investigaci\u00f3n tambi\u00e9n has sobresalido en el desarrollo de nuevos materiales y nuevas tecnolog\u00edas asociadas al vidrio. La fuerza de la investigaci\u00f3n brasile\u00f1a puede evaluarse por la publicaci\u00f3n de art\u00edculos en peri\u00f3dicos cient\u00edficos internacionales. En los \u00faltimos seis a\u00f1os, aproximadamente un 5% de todos los art\u00edculos divulgados en\u00a0Journal of Non-Crystalline Solids<\/em>, y un 2% de los publicados en el\u00a0Physics and Chemistry of Glases<\/em>, las m\u00e1s importantes revistas cient\u00edficas del sector, fueron firmados por investigadores brasile\u00f1os.<\/p>\n

Nuevas instalaciones
\n<\/strong>La actuaci\u00f3n del LaMaV, cuyo equipo est\u00e1 formado por tres profesores, dos posdoctorandos, seis alumnos de doctorado, dos de maestr\u00eda, cuatro de iniciaci\u00f3n cient\u00edfica y un t\u00e9cnico, se ver\u00e1 a\u00fan m\u00e1s fortalecido con la inauguraci\u00f3n, el mes que viene, de las nuevas instalaciones del laboratorio, de 530 metros cuadrados. La construcci\u00f3n, que cost\u00f3 cerca de 300 mil reales, recibi\u00f3 financiamiento de la propia UFSCar y a trav\u00e9s de convenios con empresas. Los recursos para la infraestructura salieron del Programa de Apoyo a N\u00facleos de Excelencia (Pronex), dependiente del Consejo Nacional de Desarrollo Cient\u00edfico y Tecnol\u00f3gico (CNPq) y del proyecto tem\u00e1tico\u00a0Problemas Comunes en la Cristalizaci\u00f3n de Vidrios<\/em>, financiado por la FAPESP.<\/p>\n

El edificio tiene la forma de un horno para la fabricaci\u00f3n de vidrios y est\u00e1 munido con equipos de \u00faltima generaci\u00f3n. “Los recursos de la FAPESP hicieron posible la instalaci\u00f3n de la infraestructura del nuevo laboratorio, que es de nivel internacional, y tambi\u00e9n la publicaci\u00f3n de varios art\u00edculos y la presentaci\u00f3n de una decena de conferencias por invitaciones llegadas del exterior”, dice Zanotto.<\/p>\n

Los investigadores del LaMaV est\u00e1n, de esta manera, haciendo ciencia y desarrollando tecnolog\u00eda para nuevos materiales que deben integrar productos de diversas funciones. Desde huesos artificiales, pasando por el disco duro delaptops<\/em> hasta el lavabo de un cuarto de ba\u00f1o.<\/p>\n

Falta integraci\u00f3n con la industria vidriera<\/strong><\/p>\n

La producci\u00f3n industrial de vidrios en Brasil tambi\u00e9n adquiere relevancia en el escenario mundial junto a las investigaciones relacionadas con nuevos materiales v\u00edtreos. En 2001, la capacidad instalada de la industria vidriera nacional se calculaba en 2,6 millones de toneladas, y los fabricantes de vidrios planos respond\u00edan por el 31,7% del total. Atr\u00e1s se ubicaban los productores de envases de vidrio, con un 31,1%. Juntas, las 74 empresas del sector facturan alrededor de 2.650 millones de reales por a\u00f1o y generan casi 12 mil puestos de trabajo.<\/p>\n

Pese al excelente desempe\u00f1o del sector y al alto nivel de los trabajos cient\u00edficos, no observa una gran integraci\u00f3n entre los fabricantes de vidrio y los centros de investigaci\u00f3n. Pocos profesionales con doctorado o maestr\u00eda en el \u00e1rea son contratados por el sector productivo. “La mayor\u00eda de las industrias del vidrio opera con capital extranjero y mantiene sus centros de investigaci\u00f3n en sus pa\u00edses de origen”, escribi\u00f3 Zanotto en el art\u00edculo\u00a0Glas industry and research in Brazil<\/em>\u00a0(Industria e investigaci\u00f3n en vidrio en Brasil), divulgado en marzo pasado en la revista\u00a0Glas International<\/em>.<\/p>\n

“Esa es, probablemente, la raz\u00f3n de la pobre interacci\u00f3n entre las empresas internacionales y los grupos de investigaciones de las universidades brasile\u00f1as”, afirma. Seg\u00fan Zanotto, la relaci\u00f3n entre los investigadores y la industria vidriera nacional tampoco es provechosa. “Es poco insatisfactoria, porque falta di\u00e1logo y cooperaci\u00f3n.”<\/p>\n

EL PROYECTO<\/strong>
\nProblemas Comunes en la Cristalizaci\u00f3n de Vidrios<\/em>
\nModalidad<\/strong>
\nProyecto tem\u00e1tico
\nCoordinador<\/strong>
\nEdgar Dutra Zanotto – Departamento de Ingenier\u00eda de Materiales – UFScar
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\nR$ 794.824,88<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Investigadores de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos producen materiales v\u00edtreos que pueden ser usarse en telescopios, cocinas y huesos artificiales","protected":false},"author":23,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[],"coauthors":[116],"class_list":["post-75500","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/75500","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/23"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=75500"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/75500\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=75500"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=75500"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=75500"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=75500"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}