Tanto elétrons quanto prótons criam em torno de si uma região de influência, ou campo de força. Quando um elétron e um próton se aproximam o suficiente para que seus campos de força possam influir um sobre o outro, eles se atraem mutuamente. Mas se dois elétrons põem em contato seus campos de força eles se repelem entre si. O mesmo acontece quando 2 elétrons se aproximam.
Para designar essas atrações e repulsões, convencionou-se dizer que as partículas possuem algo chamado carga elétrica, que produz os campos de força. Os elétrons possuem carga elétrica negativa e os prótons positiva. As cargas opostas se atraem e as cargas iguais se repelem.
Um pedacinho de seda possui uma quantidade imensa de átomos. Em cada um deles, o número de prótons é igual ao de elétrons. Se de alguns átomos forem retirados alguns elétrons, haverá um desequilíbrio: o número de prótons ficará maior e o corpo ficará eletrizado positivamente. Ao contrário, se forem adicionados elétrons, de forma que o número destes seja maior que o de prótons, o corpo ficará com excesso de elétrons e ficará eletrizado nagativamente. Caso o pedaço de seda tenha átomos com igual número de elétrons e prótons, ele não estará eletrizado. Uma carga anula e outra e o corpo fica neutro eletricamente.
Através do atrito, dois materias diferentes podem ficar eletrizados. Ao se atritar seda com vidro, por exemplo, a seda torna-se carregada negativamente e o vidro fica com carga positiva. Isso é devido à passagem de alguns elétrons do vidro para a seda: esta fica com excesso de elétrons e o vidro com deficiência. O mesmo acontece quando se penteia o cabelo. O atrito faz com que o pente fique eletrizado, o que pode ser verificado aproximando-o de pequenos pedaços de papel: estes são atraídos pelo pente.
Mas por que isso ? Os prótons saem muito dificilmente dos núcleos dos átomos onde se encontram. Ao contrário, os elétrons de certas substâncias saem facilmente do átomo em torno do qual giravam, passando para outros. Dizemos que um corpo está eletrizado quando está com excesso de cargas positivas ou negativas. E que ele é neutro se tiver um número igual de elétrons e prótons.
Se aproximarmos um corpo eletrizado de um corpo neutro, produz-se uma movimentação de cargas dentro do corpo neutro. Se o corpo eletrizado estiver com excesso de cargas positivas, muitas cargas negativas dentro do corpo neutros serão atraídas pelo corpo carregado positivamente e se dirigirão para a extremidade que ele está tocando. Com isso, a extremidade oposta ficará com deficiência de elétrons e excesso de prótons. O objeto, anteriormente neutro, passou a ter as duas extremidades opostamente eletrizadas.
Esse fenômeno de separação das cargas pela simples aproximação de um objeto eletrizado explica o poder de atração do pente sobre os pedacinhos de papel. O atrito com o cabelo eletriza o pente. Quando ele se aproxima do papel, as cargas deste se separam: as do mesmo sinal do pente são atraídas, as do sinal contrário serão repelidas. Isso fará com que o pente puxe o papel.
A contenção de correntes mediante a utilização de materiais (isolantes) que oferecem alta resistência à passagem de corrente, suportam altas voltagens sem se romper, e não se deterioram com o tempo. A resistência à luz solar, chuvas, faíscas e abrasão também pode ser importante. A resistência elétrica dos isolantes costuma cair com a temperatura (com exceção do papel e do asbesto) e a presença de impurezas químicas.
As propriedades mecânicas desejadas variam conforme a aplicação: fios requerem revestimentos flexíveis, feitos de materiais plásticos como o cloreto de polvinil, enquanto o vidro e a porcelana são usados em dispositivos rígidos, como nos isolantes destinados a apoiar cabos de alta tensão. Em geral, bons isolantes térmicos são bons isolantes elétricos.
Condutores elétricos são substâncias (geralmente metais) cuja condutividade elevada as torna capazes de transmitir correntes elétricas. Geralmente são usadas em forma de fios ou cabos. O melhor condutor é a prata mas, por razões econômicas, o mais usado é o cobre.
As cargas elétricas podem ser transportadas por elétrons, como nos metais (condutores de 1¦ espécie) ou por íons, como nos eletrólitos (condutores de 2¦ espécie), ou ainda, por elétrons e íons, como nos gases rarefeitos dos tubos de descarga elétrica (condutores de 3¦ espécie)
Os materiais poliméricos são compostos orgânicos, isto é, substâncias constituídas por extensas cadeias de carbono, que podem ser encontrados prontos na natureza — como a celulose e os aminoácidos — ou sintetizados em laboratórios. Os polímeros sintéticos começaram a ser produzidos nas primeiras décadas do século 20. Imediatamente os países europeus — com destaque para a Alemanha — e os Estados Unidos investiram grandes quantias na pesquisa desses materiais.
Segundo o professor Faria, os materiais poliméricos tiveram grande penetração na indústria de transformação logo após a Segunda Guerra Mundial, quando passaram a substituir materiais como madeira, metais, vidro, fibras naturais etc.
O náilon é um exemplo de polímero que causou furor no mercado norte-americano, em especial entre as consumidoras. Era utilizado na confecção de meias que não amassavam, secavam rápido e eram mais baratas que as de seda. Apesar de o uso têxtil ser mais conhecido, a família do náilon está presente em uma grande variedade de produtos. Peças automotivas, componentes para a aviação e revestimentos anticorrosivos são alguns exemplos.
A versatilidade dos materiais poliméricos possibilitou sua aplicação em outros setores. Já no final dos anos 50 e início da década de 60, devido à sua elevada resistência elétrica, começaram a ser usados como materiais isolantes em cabos de alta tensão, empregados na rede de distribuição de energia elétrica.
Na década de 70 e, sobretudo, na de 80, foram descobertas propriedades eletronicamente ativas nesses materiais. "As pesquisas se desenvolveram, novos polímeros foram criados, outros tiveram sua estrutura modificada e hoje podemos dizer que são materiais de elevado grau de importância para a eletrônica e vão estabelecer novas conquistas nessa área", acredita Faria.
No IFSC o estudo acontece dentro do Grupo de Polímeros Bernard Gross, criado em 1973. "Nesses 28 anos, os pesquisadores do grupo já estudaram uma quantidade muito grande de materiais poliméricos, analisando principalmente propriedades elétricas. Hoje, já temos condições de estudar também propriedades estruturais e ópticas, bem como processos de síntese de polímeros. Isso significa uma evolução muito grande do trabalho do grupo."
Existem materiais poliméricos que possuem a capacidade de transformar energia elétrica em luz. São os polímeros eletrônicos e optoeletrônicos que podem ser utilizados na fabricação de dispositivos eletroluminescentes (LEDs). "Como exemplos de LEDs temos os sinalizadores, ou seja, aqueles pequenos sinais de luz que acendem quando o equipamento eletrônico está ligado", explica.
Esses materiais também podem ser empregados na produção de telas ou displays. "Em experiências recentes, os polímeros se mostraram geradores de luz tão eficientes quanto os materiais inorgânicos utilizados atualmente." Faria afirma que a qualidade dessas telas seria equivalente à das telas de cristal líquido, com a vantagem de que o processo de produção é mais econômico. "Isso revela o potencial competitivo do polímero no mercado. A menos que os outros processamentos de telas se tornem mais baratos, ele será o mais utilizado. Acredito que em aproximadamente cinco anos teremos telas de polímeros à disposição dos consumidores", estima Faria.
Para o coordenador do IMMP essa é uma chance do Brasil entrar no mercado internacional de dispositivos eletrônicos como produtor.
Atualmente a situação do País é de dependência em relação aos países fornecedores. A importação desses bens confere um impacto negativo na balança comercial brasileira. "Não temos condições de produzir de forma competitiva no setor da microeletrônica convencional de silício, devido aos altos investimentos necessários para implantar empresas nessas áreas."
Os materiais poliméricos aplicados à produção de dispositivos eletrônicos podem ser sintetizados com processos pouco sofisticados. "Obtemos polímeros a partir de seus precursores, derivados de petróleo e comercializados a baixos custos. Aqui no IFSC montamos um laboratório de química para sintetizar polímeros. A grande vantagem desse processo é que para sair de uma escala laboratorial para atingir uma produção em escala industrial, basta aumentar a dimensão da síntese, isto é, repetir as mesmas etapas em escalas muito maiores. A complexidade do processo não se altera."
Segundo Faria, o desafio agora é fabricar o dispositivo em escalas industriais. "Aqui no laboratório trabalhamos com processos quase artesanais de fabricação de dispositivos. Para que isso se torne comercial é necessário um grande investimento, principalmente em tecnologia."
Existem pesquisas semelhantes acontecendo em várias partes do mundo. "A grande vantagem de países europeus, dos Estados Unidos e do Japão é que lá essas pesquisas acontecem dentro das indústrias que têm condições de investir pesado em tecnologia. Estamos na Universidade e nossos recursos são limitados. Fazemos a nossa parte, mas estamos também buscando indústrias nacionais interessadas no desenvolvimento dessa área."
Fazem parte do IMMP o Genius Institute of Technology e o Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento (Lactec), duas instituições especializadas em realizar a transferência de tecnologia para empresas. Com sede na Zona de Franca de Manaus, o Genius foi criado pela Gradiente com o objetivo identificar e atender as demandas tecnológicas das indústrias. Já o Lactec, sediado em Curitiba, tem aplicações mais amplas uma vez que atende também ao setor energético.
Existem também materiais poliméricos com propriedades físicas e químicas que os transformam em eficientes isolantes elétricos. Por razões econômicas, as redes de distribuição de energia elétrica no Brasil são predominantemente aéreas. Poucas possuem cabos protegidos e, portanto, são menos eficientes que as subterrâneas. Em áreas urbanas arborizadas, as redes aéreas apresentam maior risco de acidentes provocados por raios, o que significa não apenas falta de segurança como também possibilidade de prejuízos por perda de energia e, ainda, insatisfação da população que tem o fornecimento interrompido.
Um estudo realizado por pesquisadores da Escola Politécnica da USP, do Lactec e do IFSC constatou que a ocorrência de perdas energéticas em redes aéreas de distribuição de eletricidade é causada devido ao mau uso e à degradação dos isolantes poliméricos utilizados em cabos e acessórios. "Trata-se de um problema que o Brasil pode resolver a médio prazo." Segundo o professor Faria, "é preciso adequar cada tipo de material isolante às condições climáticas e ambientais do local onde vão ser instalados os cabos, levando em consideração variáveis como insolação, umidade, salinidade, água, poluentes, entre outros". Fazendo o levantamento prévio das condições locais é possível estabelecer qual o melhor material a ser empregado.
"Compreendendo o comportamento dos polímeros sujeitos a intensos campos elétricos, será possível estabelecer uma projeção do tempo de vida dos cabos, colaborando com o planejamento do setor energético", analisa. O resultado desse empreendimento científico será refletido na distribuição mais eficiente, na redução de perdas energéticas e de acidentes. "Milhões de reais seriam economizados, a cada ano, na manutenção de redes urbanas", afirma Faria.
Há ainda a possibilidade de empregar materiais poliméricos em áreas biológicas. "Como são orgânicos, é possível que alguns polímeros sejam compatíveis ao tecido humano. Podemos então prever uma eletrônica aplicada à medicina, utilizando materiais poliméricos no controle de disfunções, por exemplo", prevê o professor Faria.
Fonte: www.usp.br
Na verdade, os materiais poliméricos não são novos - eles têm sido usados desde a Antiguidade. Contudo, nessa época, somente eram usados materiais poliméricos naturais. A síntese artificial de materiais poliméricos é um processo que requer tecnologia sofisticada pois envolve reações de química orgânica, ciência que só começou a ser dominada a partir da segunda metade do século XIX. Nessa época começaram a surgir polímeros modificados a partir de materiais naturais. Somente no início do século XX os processos de polimerização começaram a ser viabilizados, permitindo a síntese plena de polímeros a partir de seus meros. Tais processos estão sendo aperfeiçoados desde então, colaborando para a obtenção de plásticos, borrachas e resinas cada vez mais sofisticados e baratos, graças à uma engenharia molecular cada vez mais complexa.
| POLÍMERO |
MONÔMERO(S) |
APLICAÇÃO |
|---|---|---|
| Polietileno |
etileno |
baldes, sacos de lixo, sacos de embalagens |
| Polipropileno |
propileno |
cadeiras, poltronas, pára-choques de automóveis |
| PVC |
cloreto de vinila |
tubos para encanamentos hidráulicos |
| Isopor |
estireno |
isolante térmico |
| Orlon |
acrilnitrilo |
lã sintética, agasalhos, cobertores, tapetes. |
| Plexiglas "Vidro plástico" Acrílicos |
metilacrilato de metila |
plástico transparente muito resistente usado em portas e janelas, lentes de óculos. |
| Teflon |
tetrafluoretileno |
revestimento interno de panelas |
| Borracha fria |
isobuteno |
|
| Borracha natural |
isopreno |
pneus, câmaras de ar, objetos de borracha em geral |
| Neopreno ou duopreno |
cloropreno |
|
| Buna |
1,3-butadieno |
| POLÍMERO | MONÔMERO(S) | APLICAÇÃO |
|---|---|---|
| Amido | a glicose | alimentos, fabricação de etanol |
| Celulose | b glicose | papel, algodão, explosivos |
| POLÍMERO | MONÔMERO(S) | APLICAÇÃO |
|---|---|---|
| Buna-N ou perbuna |
1,3-butadieno acrilnitrilo |
pneus, câmaras de ar e objetos de borracha em geral |
| Buna-S | 1,3-butadienoestireno |
| POLÍMERO | MONÔMERO(S) | APLICAÇÃO |
|---|---|---|
| Náilon | 1,6-diaminoexano ácido adípico |
rodas dentadas de engrenagens, peças de maquinaria em geral, tecidos, cordas, escovas |
| Terilene ou dacron | etilenoglicol ácido tereftálico |
tecidos em geral (tergal) |
| Baquelite (fórmica) |
aldeído fórmico fenol comum |
revestimento de móveis (fórmica), material elétrico (tomada e interruptores) |
| Poliuretano | poliéster ou poliéter isocianato de p. fenileno |
colchões e travesseiros (poliuretano esponjoso), isolante térmico e acústico, poliuretano rígido das rodas dos carrinhos de supermercados |
Fonte: www.brasilescola.com
