O fosfato de cálcio é um tipo de cerâmica bioativa composta por íons de cálcio e fósforo. Por sua composição química ser semelhante ao tecido ósseo natural, é amplamente utilizado na área da medicina. Não só tem boa biocompatibilidade, como também pode formar ligações químicas com o novo tecido ósseo. Assim, podendo induzir a regeneração do tecido.

Entre os fosfatos de cálcio, a hidroxiapatita (HA) é a fase cristalina termodinamicamente mais estável do fosfato de cálcio nos fluidos corporais, sendo mais semelhante às partes minerais dos nossos dentes e ossos. A hidroxiapatita em nanoescala tem certas semelhanças com a apatita óssea (natural) em relação à sua composição química, estrutura e escala. 

Na microestrutura da biocerâmica nanométrica, os grãos refinados e o aumento dos números dos contornos de grão podem fazer com que suas propriedades mecânicas (principalmente tenacidade à fratura) e atividade biológica aumentem. Isso torna a nanohidroxiapatita (nano-HA) um material ideal para reparo ósseo. 

Assim, o processo de preparação da nanocerâmica não é muito diferente do da cerâmica comum (geralmente segue o processo de sinterização do pó), mas do ponto de vista técnico, o processo de preparação da nanocerâmica é extremamente difícil e é esse ponto de vista que os autores apresentam no artigo.

Em resumo, as duas maiores dificuldades na preparação de hidroxiapatita nanométrica residem na síntese do pó nanométrico (devido a alta área de superfície, que se torna fácil de aglomerar) e na sinterização da nanocerâmica (para inibir o crescimento de grão da nanocerâmica).

Os métodos de síntese do pó cerâmico de hidroxiapatita incluem principalmente síntese seca e síntese úmida. A preparação da síntese a seco é um método de preparação que consiste em selecionar um precursor, misturá-lo e, em seguida, tratar termicamente o precursor. 

Este método tem requisitos rigorosos quanto à pureza e dosagem dos reagentes e tem a vantagem de uma melhor cristalinidade dos produtos. No entanto, a síntese a seco requer uma temperatura relativamente alta, o que afeta a porosidade dos produtos. 

A síntese úmida consiste no método sol-gel, método de precipitação química, método de reação hidrotérmica e assim por diante, que é realizado em água ou solventes orgânicos e pode ser aplicado a uma variedade de equipamentos com a adição de vários catalisadores. 

As vantagens são que a estrutura e a morfologia da cerâmica podem ser bem controladas e o rendimento pode ser melhorado. A desvantagem é que a pureza e a cristalinidade geradas não são totalmente controladas e pode haver outros cristais de fosfato no produto.

Além disso, de acordo com os vários métodos de síntese, os pós têm certas diferenças em estrutura, morfologia e tamanho. Além disso, sob o mesmo método de síntese, diferentes condições de síntese também afetam a morfologia final do pó.

Este artigo resumiu o processo de síntese das nanopartículas cerâmicas nos seguintes aspectos: concentração de reagentes, efeitos da temperatura, efeitos de tensão (no processo de moagem), efeitos do pH, efeitos dos aditivos, efeitos da agitação dos reagentes e efeitos do tempo de envelhecimento.

Figura 1: Nanopartículas de hidroxiapatita (a) esféricas; (b) semelhantes a bastões (c) semelhantes a agulhas, resultantes do controle diferentes parâmetros no processamento do pó. Fonte: (Gui et al. 2022).

Em relação à concentração, a concentração dos reagentes é o fator chave que afeta a síntese da hidroxiapatita. A razão cálcio/fosfato (Ca/P) é 1,6, então a concentração dos reagentes determina a pureza da hidroxiapatita e também afeta o tamanho do grão sob certas condições.

Na temperatura e sobre os aditivos, os autores citam que quanto mais alta for a temperatura, mais rápida a velocidade da reação e mais fácil é a nuclearização e cristalização do pó cerâmico.

No processo de moagem (efeitos de tensão), os autores citam que quando a pressão de moagem atinge um valor crítico, a reação começa e conforme a pressão aumentar, mais rápida a taxa de reação, que aumenta a taxa de cristalização do pó cerâmico, reduzindo a cristalinidade e tamanho de grão.

Já em relação ao pH, os autores sugerem que o aumentando o pH, aumenta a relação Ca/P, e portanto, se você deseja sintetizar a hidroxiapatita pura, deve controlar rigorosamente o valor do pH. Os autores citam que, geralmente, o valor de pH da síntese úmida está entre 10 e 10,5.

Já sobre os efeitos de agitação e do tempo de envelhecimento, os autores citam que a velocidade de agitação mais alta e o tempo de agitação mais longo afetam a morfologia do cristal e que na fase de envelhecimento, quanto mais longo o envelhecimento tempo é, melhor a formação do grão do pó cerâmico.

Os autores concluem que ainda existem muitos problemas na preparação de nanocerâmicas, incluindo a síntese das nanopartículas e na sinterização de cerâmicas, que ainda precisam ser mais estudadas. Além de ser necessário otimizar ainda mais a tecnologia do processo.

O que aponta fortemente para a importância da engenharia de materiais e toda sua gama de aplicação, tanto na melhoria do processo, como na melhoria da tecnologia dos equipamentos e também na aplicação dos materiais nanoparticulados, que no caso do artigo citado podem ser aplicados em carreadores de drogas, revestimentos de superfície, na quimioterapia antineoplásica e em materiais compósitos.

O concreto é um dos principais materiais da engenharia civil, e o concreto reforçado com fibra de aço é um dos principais materiais compósitos formados por concreto para reduzir trincas e, consequentemente, o risco de fraturas.

Os materiais excedentes formados pelo processo de usinagem, por exemplo, são utilizados como fibras de aço, ou seja, são fibras de aço recicladas. Utilizando essa fibra reciclada ao invés da fibra de aço primária ao concreto, é formado o concreto com fibra de aço reciclada (objeto de estudo deste artigo), que se torna outra forma inovadora de formar concretos de materiais compósitos.

Além disso, a fibra de aço reciclada não precisa ser reprocessada, o que reduz a emissão de gases do efeito estufa e o acúmulo de resíduos sólidos, além de encontrar um novo método para proteger o solo da poluição. Portanto, é uma escolha ideal substituir parcialmente a fibra de aço primária pela fibra reciclada. 

Através da pesquisa e análise da proporção de mistura, abatimento (ensaio para a determinação da consistência do concreto), resistência e tenacidade do concreto com a fibra de aço reciclada, os autores chegaram em quatro conclusões a serem discutidas a seguir.

A primeira conclusão que os autores chegaram é que o abatimento (ensaio de consistência) do concreto diminui com o aumento da fibra reciclada. Ou seja, quanto mais fibra de aço reciclada, em teor de volume, é presente no concreto, menor a consistência do material, indicando um desempenho no fluxo do concreto.

Figura 1: Teste do abatimento (ensaio de consistência): (a) preenchimento do cilindro de abatimento e (b) teste do abatimento. Fonte: (Gao et al. 2022).

A segunda conclusão é sobre a  resistência à compressão do concreto, que aumentou com o aumento do teor volumétrico da fibra, sendo estimada em 1,0% o teor volumétrico razoável de fibra no concreto. Os autores afirmaram que a resistência à compressão do corpo de teste e a resistência à compressão axial, com 28 dias de cura, foram aumentadas em 11,8 e 16,1%, respectivamente, em comparação com o concreto normal.

Figura 2: Teste de compressão do corpo de prova: (a) dispositivo de teste e (b) processo de teste. Fonte: (Gao et al. 2022).

Assim, a terceira conclusão dos autores é que a resistência à tração e resistência à flexão do concreto com a fibra reciclada foram maiores do que as do concreto normal e aumentam com o aumento do volume de fibra de aço reciclada. 

Além disso, a quarta conclusão dos pesquisadores foi que a fibra reciclada pode aumentar significativamente a tenacidade do concreto, aumentando com o aumento do volume de fibra de aço reciclada. Porém, os autores notaram que quando o teor de volume é de 1,0%, o efeito de tenacidade da fibra primária (não reciclada) no concreto é um pouco melhor do que o da fibra reciclada.

Concluindo, o mundo consome quase 100 milhões de toneladas de aço todos os anos para fabricar vários tipos de fibras de aço, enquanto produz até 200 milhões de toneladas de materiais excedentes por meio do processamento por ano. 

Se esses resíduos forem transformados em fibras de aço recicladas, eles não apenas podem reduzir o desperdício de recursos, mas também podem contribuir para a redução da poluição mundial.

A demanda por eletrodos flexíveis que combinam a capacidade de armazenamento de energia em dispositivos com altas propriedades mecânicas é presente em todo o mundo, pois tem um grande potencial para reduzir massa e volume, bem como prolongar a vida útil de eletrônicos flexíveis quando comparados aos eletrodos convencionais.

Existem dois problemas sérios que fazem com que o projeto de eletrodos convencionais seja inadequado para dispositivos flexíveis: estrutura insuficiente do eletrodo baseado na montagem desordenada dos componentes e pela adesão de pó aglutinante, levando a propriedades mecânicas ruins; e por causa dos caminhos condutores dos eletrodos que podem ser danificados sob forças externas.

Portanto, os autores visaram explorar uma estratégia de projeto eficaz para projetar eletrodos avançados com flexibilidade, estabilidade mecânica e eletroquímica suficiente, juntamente com alta densidade de energia, substituindo os modos convencionais na construção de eletrodos.

Neste artigo, os autores desenvolveram um design da estrutura de eletrodo ordenado e hierárquico para fabricar filmes de TiO2-C (dióxido de carbono-titânio) de alta resistência, mecanicamente estáveis e flexíveis, montados por uma abordagem simples de "bottom-up" com base em filmes altamente ativos, porosos e laminados nas subunidades dos nanotubos de carbono. 

Na configuração da subunidade, os CNTs (carbon nanotube - nanotubo de carbono) foram entrelaçados e as NPs (nanoparticles - nanopartículas) de TiO2 altamente dispersas foram fixadas num plano de celulose com grupos funcionais ativos e grande área superficial para formar uma rede condutora contínua incorporada com partículas ativas.

A estrutura única de TiO2 (dióxido de titânio) obtida permitiu que os eletrodos fabricados apresentassem flexibilidade e resistência mecânica de até 60 MPa, alta durabilidade (os autores afirmam que pode ser dobrado até 11.700 vezes), boa condutividade e excelentes desempenhos eletroquímicos.

Figura 1: Imagem de um pequeno papel preparado dobrando o filme de TiO2-C. Os autores apontam a atenção para o canto do papel dobrado, mostrando a boa flexibilidade e estabilidade mecânica do filme. Fonte: (Wang et al. 2021).

Concluindo, os autores citam que a alta resposta elétrica do material, a porosidade e a rede condutora contínua garantem que esses eletrodos de filme de TiO2-C alcancem alta capacidade específica, de nível comercial, boa capacidade de taxa e desempenho de ciclismo de longo prazo em baterias de íons de sódio. 

Este projeto dos filmes à base de TiO2 compostos por subunidades de nanofolhas porosas de TiO2-C realizou a junção de desempenhos eletroquímicos e propriedades mecânicas, além de fornecer uma maneira prática e viável para a próxima geração  de baterias de íons de sódio com alta performance, flexíveis e de alta energia.