A mágica de Superfícies Autolimpantes

   As superfícies superhidrofóbicas são altamente desejáveis para muitas aplicações atuais. A hidrofobicidade de uma superfície é melhorada a partir de uma modificação química que reduz a energia livre de superfície e também pelo aumento da rugosidade da superfície. A superhidrofobicidade estática é alcançada quando o ângulo de contato, de uma gota de água com a superfície, torna-se maior que 150º e, dinamicamente, quando um ângulo de inclinação pequeno é necessário fazer a gota rolar sobre a superfície (baixa histerese angular). A superhidrofobicidade dinâmica é possibilitada por uma combinação micro e nanoestrutural na superfície. 

   A medida do ângulo de contato de uma gota de água com uma superfície pode ser feita tirando uma foto da gota sobre a superfície e utilizando um programa que baseado na imagem da gota calcula esse ângulo, como pode ser visto na figura abaixo:

Imagem de um filme superhidrobóbico que recobre a superfície de uma lâmina de vidro com uma gota de água sobre o mesmo, tirada por Kelly Cristine Camargo.

   Como foi descrito acima, além de um alto valor de ângulo de contato, para que uma superfície seja considerada autolimpante a mesma deve apresentar uma baixa histerese angular, ou seja, com uma pequena inclinação da superfície a gota de água rola para fora da superfície e quando isso ocorre a gota carrega com ela toda a sujeira da superfície, como pode ser visto nos filmes abaixo:

   O vídeo acima foi feito no Laboratório de Laser&Óptica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e pertence ao trabalho de doutorado de Kelly Cristine Camargo. É interessante verificar que além de ser um filme autolimpante ele é transparente, podendo dessa forma, ser aplicado em janelas e vidros que necessitem de transparência. 

  A idéia principal desse post curto é mostrar como os avanços de pesquisa dentro de um laboratório podem  fazer parte de nossa vida diária mais rápido do que imaginamos. Assim, no Brasil graças as instituições fomentadas pelo governo federal ainda é possível realizar pesquisa básica, e muito em breve nossas janelas e parabrisas de carro serão autolimpantes.

Cinzas vulcânicas: O perigo para aviação

Estamos vivenciando no Brasil um problema um tanto quanto interessante, apesar de não possuirmos vulcões em atividade em nosso país os vôos que destinam-se a região Sul do país (Rio Grande do Sul e Santa Catarina) e os vôos que partem do Brasil para os países da Argentina e Uruguai estão sendo alternadamente cancelados a medida que o vulcão Puyehue situado no Chile, figura 1 e 2, expele a “cortina de fumaça”, figura 2, que consiste nas tão perigosas cinzas vulcânicas que pairam na atmosfera e afetam a malha aérea.

Mas onde está o perigo??

O fato é que esse material expelido pelo vulcão pode, de acordo com especialistas da Open Univertity, entrar nas turbinas dos aviões se acumulando de forma a entupir o motor com as cinzas vulcânicas, o que acarretaria numa pane na aeronave.

Já houveram incidentes relacionados a cinzas vulcânicas no passado, por exemplo, em 1982, uma aeronave da British Airways com 263 passageiros a bordo teve suas turbinas travadas durante vários minutos ao entrar numa nuvem de cinzas vulcânicas, mas para sorte dos tripulantes da aeronave ao sair da nuvem o material condensou e soltou-se da aeronave, que para felicidade de todos voltou a ter seus motores em pleno funcionamento.

Earthquakes and Tsunami

Earthquakes: 

Plates tecnonics is a scientific theory about the large scale motion of Earth's lithosphere.

http://theorientalhotel.wordpress.com/2010/04/25/thai-tectonic-plates-colliding/

samapsandflags.co.za

  The tectonics plates are two types of litosphere: thin oceanic and thicker continental.

  The tectonic plates are able to move due to the Earth's lithosphere has a higher strength and lower density on their mantle. The density variations in the mantle result in movement, and this results in a movement of seafloor away from the spreading ridge to the earth.

  Earthquakes are usually caused when rock underground suddenly breaks along a fault due to the movement os tectonic plates. This sudden release of energy causes the seismic waves that make the ground shake. When two blocks of rock or two plates are rubbing against each other, they stick a little. They don't just slide smoothly; the rocks catch on each other. The rocks are still pushing against each other, but not moving. After a while, the rocks break because of all the pressure that's built up. When the rocks break, the earthquake occurs.

And the tsunamis???

   Tsunami is a series of water waves caused by the displacement of a large volume of a body of water, usually an ocean, but can occur in large lakes. Tsunamis occur because the earthquakes and this form due to the movement of tectonic plates too.

[References : Wikipedia free encyclopedia, youtube videos and others]

Cristais Líquidos (Liquid Crystal)

  Os cristais líquidos são estados intermediários entre o sólido cristalino e o líquido isotrópico em que a matéria pode se apresentar, são caracterizados por apresentarem um grau de ordem molecular intermediário.

  Os materiais que apresentam mesofases líquido-cristalinas se dividem em duas grandes categorias, de acordo com os parâmetros mais relevantes nas transições de fase; os termotrópicos e os liotrópicos. 

Cristal Líquido Termotrópico:

  Os cristais líquidos termotrópicos são constituídos por substâncias orgânicas, compostas por moléculas anisométricas (alongadas ou em forma de disco), de geometria e polaridade específica, onde os parâmetros mais relevantes nas transições de fase são a temperatura e a pressão.

  Os cristais líquidos termotrópicos podem apresentar polimorfismo de fases, ou seja, o sistema passa por várias mesofases entre o sólido e o líquido isotrópico pela ação do calor. As transições de fase podem ser enantiotrópicas (quando a transição se dá tanto no ciclo de 

resfriamento quanto no aquecimento), ou monotrópicas (quando a transição só é obtida no ciclo de resfriamento).  

  No estado cristalino líquido as moléculas podem apresentar variados níveis de ordem molecular.

figura retirada de: http://www.fsc.ufsc.br/~bechtold/LSA/Pesq/crist-liq/pesq-crt-liq.html

-De acordo com Friedel em 1922 as mesofases líquido-cristalinas para os CLs termotrópicos são:

   - Nemática: Possui ordem orientacional de longo alcance e posicional de curto alcance e a orientação média de um grupo de moléculas é dada pelo vetor diretor n. 

(foto tirada de: http://schools-wikipedia.org/wp/l/Liquid_crystal.htm)

   - Esmética: É caracterizada por uma estrutura em camadas periódicas com ordem orientacional bem definida no interior das camadas, e com ordem posicional ao longo de uma dimensão. 

   - Colestérica: Caracterizada por uma estrutura helicoidal formada por moléculas quirais.

(foto tirada de: http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/dna/dna4.html)

Imagem  retirada de uma apresentação do prof. Dr. Ivan Helmuth Bechtold

BLUE PHASE:

  Alguns cristais líquidos colestéricos produzem fases torcidas ainda mais ricas que as fases colestéricas usuais, com propriedades completamente diferentes à medida que a concentração de moléculas quirais na substância aumenta. Essas fases receberam o nome de “BLUE PHASE”.

referência não encontrada

   As Blue Phases são observadas em intervalos de temperatura extremamente pequenos  entre as fases colestérica e  isotrópica dos cristais líquidos colestéricos.

  Na maioria dos casos ocorre somente uma ou duas blue phases, no entanto é possível observar até três blue phases em um mesmo composto.

Transição da fase Blue Phase I - Blue Phase II (dissertação de Mestrado: Kelly C. Camargo)

Transições de fases de cristais líquidos - Medidas feitas via Microscopia Óptica: 

Transição da fase Blue Phase I - Blue Phase II (dissertação de Mestrado: Kelly C. Camargo)

Transição da fase Blue Phase I - Blue Phase II (dissertação de Mestrado: Kelly C. Camargo)

[ Para mais informações sobre Cristais Líquidos consulte: http://www.fsc.ufsc.br/~bechtold/LSA/Pesq/crist-liq/pesq-crt-liq.html; http://schools-wikipedia.org/wp/l/Liquid_crystal.htm ]

[Na próxima matéria sobre cirstais líquidos discutiremos algumas técnicas utilizadas para medir transições de fases em cristais líquidos]

Superhidrofobicidade

Temos na natureza vários exemplos de hidrofobicidade um deles é a flor de lótus que é conhecida por crescer no fundo de lagoas emergindo acima da superfície da água [1]. A folha da flor de lótus não molha e isto limita as bactérias e patógenos a crescerem em sua superfície [2]. As gotas de água rolam sobre a superfície da folha retirando toda a sujeira e deixando uma superfície limpa. A folha da flor de lótus possui um ângulo de contato elevado, acima de 160º, sendo este atribuído a dois níveis de microestrutura [2-5]. Consta na literatura que um material com a menor energia de superfície possui um ângulo de contato em torno de 120º [5]. Desta forma apenas um aumento da rugosidade da superfície pode aumentar ainda mais o ângulo de contato da água com a superfície [5].

   A hidrofobicidade de uma superfície é definida pelo grau de molhabilidade da mesma, desta forma define-se o grau de molhabilidade de uma superfície plana pelo ângulo de contato q, dado pela equação de Young [5,6]:

   O ângulo de contato q desta forma fica definido como a razão entre a diferença da energia livre de superfície do sólido (g_SV) com a energia livre da interface sólido/liquido (g_SL) pela energia livre de superfície do líquido (g_LV), como mostra a figura 1.1.

Figura 1: O ângulo de contato q depende das energias de superfície do sólido, líquido e da interface sólido/líquido [6].

Uma superfície em geral pode ser considerada hidrofílica ou hidrofóbica, dependendo apenas do ângulo de contato da gota de água com a mesma. Uma superfície será considerada hidrofílica se o ângulo de contato da gota for menor do que 90º, e será considerada hidrofóbica se o ângulo de contato for maior que 90º. No caso da superfície apresentar um ângulo de contato maior do que 150º denomina-se que a superfície é superhidrofóbica [7].

   Os ângulos de avanço e recesso são medidos, ou pela inclinação do plano da gota, ou pelo método de sucção da gota, figura 1.2.

Figura 2: A histerese angular é uma medida de superhidrofobicidade dinâmica, dada pela diferença entre o ângulo de avanço, q_a, e o ângulo de recesso , q_r. Os ângulos de podem ser medidos pela inclinação da superfície da gota como mostrado em a), ou pelo incremento e sucção de líquido na gota como mostrado em b) [6].

Superhidrofobicidade:

Propriedade de auto-limpeza dos materiais superhidrofóbicos:

[1]        Genzer J. and Efimenko K. Recent developments in superhydrophobic surfaces and their relevance to marine fouling: a review. Biofouling, 22 33960, 2006.

[2]        Dodiuk H., Rios P. F., Dotan A. and Kenig S. Hydrophobic and self-cleaning coatings. Polym. Adv. Technol. 18 74650, 2007.

[3]        Lee S. M. and Kwon T. H. Effects of intrinsic hydrophobicity on wettability of polymer replicas of a superhydrophobic lotus leaf. J. Micromech. Microeng. 17, 68792, 2007.

[4]        Acatay K., Simsek E., Yang C. O. and Menceloglu Y. Z. Generation of superhydrophobic surfaces by electrospinning process. Polym. Prepr. 46, 399400, 2005.

[5]        Hiemenz P.C. Principles of Colloid and Surface. Chemistry Dekker, New York Basel, p 307, 1986.

[6]       http://www.ramehart.com/contactangle.htm, ©2010, ramé-hart instrument co.

[7]        J. L. Plawsky, M. Ojha, A. Chatterjee, and P. C. Wayner, Jr. Review of the effects of surface topography, surface chemistry, and fluid physics on evaporation at the contact line. Chem. Eng. Commun. 196, 658 2009.

(Texto do exame de qualificação apresentado em novembro/2008 ao IF-UFRGS - Kelly Cristine Camargo)

É Ciência??

1- GUIA PRÁTICO DA CIÊNCIA MODERNA:

* 1. Se mexer, pertence à Biologia.
* 2. Se feder, pertence à Química.
* 3. Se não funciona, pertence à Física.
* 4. Se ninguém entende, é Matemática.
* 5. Se não faz sentido, é Economia ou Psicologia.
* 6. Se mexer, feder, não funcionar, ninguém entender e não fizer sentido, é INFORMÁTICA. 

2- LEI DA PROCURA INDIRETA:

* 1. O modo mais rápido de se encontrar uma coisa é procurar outra.
* 2. Você sempre encontra aquilo que não está procurando. 

3- LEI DA TELEFONIA:

* 1. Quando te ligam: se você tem caneta, não tem papel. Se tiver papel, não tem caneta. Se tiver ambos, ninguém liga.
* 2. Quando você liga para números errados de telefone, eles nunca estão ocupados.
* Parágrafo único: Todo corpo mergulhado numa banheira ou debaixo do chuveiro faz tocar o telefone. 

4- LEI DAS UNIDADES DE MEDIDA:

* Se estiver escrito 'Tamanho Único', é porque não serve em ninguém, muito menos em você... 

5- LEI DA GRAVIDADE:

* Se você consegue manter a cabeça enquanto à sua volta todos estão perdendo, provavelmente você não está entendendo a gravidade da situação. 

6- LEI DOS CURSOS, PROVAS E AFINS:

* 80% da prova final será baseada na única aula a que você não compareceu, baseada no único livro que você não leu. 

7- LEI DA QUEDA LIVRE:

* 1. Qualquer esforço para se agarrar um objeto em queda, provoca mais destruição do que se o deixássemos cair naturalmente.
* 2. A probabilidade de o pão cair com o lado da manteiga virado para baixo é proporcional ao valor do carpete. 

8- LEI DAS FILAS E DOS ENGARRAFAMENTOS:

* A fila do lado sempre anda mais rápido.
* Parágrafo único: Não adianta mudar de fila. A outra é sempre mais rápida. 

9- LEI DA RELATIVIDADE DOCUMENTADA:

* Nada é tão fácil quanto parece, nem tão difícil quanto a explicação do manual. 

10- LEI DO ESPARADRAPO:

* Existem dois tipos de esparadrapo: o que não gruda e o que não sai. 

11- LEI DA VIDA:

* 1. Uma pessoa saudável é aquela que não foi suficientemente examinada.
* 2. Tudo que é bom na vida é ilegal, imoral, engorda ou engravida. 

12- LEI DA ATRAÇÃO DE PARTÍCULAS:

* Toda partícula que voa sempre encontra um olho aberto. 


(Post retirado de: http://www.dhbrasil.com.br/forum/lofiversion/index.php/t24247.html)

Física Divertida

Matemática Divertida

Plasma ou LCD, LED ou Oled e TV de Tubo: qual a melhor opção do momento?

Em 1879, o americano Tomas Edson inventou a lâmpada. Depois, fazendo experiências com a conversão de corrente elétrica em luz, ele criou algo incrivelmente parecido: o cinescópio. Este nada mais é do que o tão conhecido tubo de imagem (CRT). Esse invento fez então surgir o monitor de TV.

Muitos me perguntam quem veio primeiro: a câmera ou o monitor? A câmera surgiu após a descoberta da célula fotoelétrica (conversão de luz em corrente elétrica), em 1921, por Einstein.  Não há dúvida: o monitor de TV veio primeiro.

Desde então, com a evolução dos processos de fabricação e novos inventos, as câmeras evoluíram para a tecnologia CCD; e as câmeras de tubos deixaram de ser fabricadas. No caso dos monitores/televisores a evolução fez surgir, até o momento, mais quatro tipos de tecnologias para telas de vídeo – LCD, plasma, LED TV e OLED.

Curiosamente, os cinco tipos convivem ainda no mercado. Atualmente é possível comprar qualquer um deles – de grandes e conceituados fabricantes. Por isso, obviamente, o consumidor está sempre se perguntando: qual a melhor opção do momento?
 
A seguir apresentamos um quadro comparativo entre as tecnologias disponíveis. O que comprar? “Você decide”.

 
Tecnologia, evolução, construção
LCD – (Liquid Crystal Display) – é uma tecnologia onde a tela funciona como um anteparo que controla a passagem da luz, para formar a imagem. No TV de LCD, existe uma iluminação traseira (back light) atrás da tela de cristal liquido, feita por uma lâmpada tipo fluorescente.

TV LCD

Conforme o controle eletrônico (corrente elétrica) os pontos brilham ou não, ou seja, a imagem é formada pela permissividade ou não de passagem da luz emitida por trás. Sem corrente elétrica, o cristal liquido é transparente. Na presença da corrente, ele se torna opaco. 

Vantagens- Baixo consumo de energia
- Melhor eficiência comparando-se com os antigos televisores de tubos (CRT)
- Menor desgaste da tela (Display)
- Custo de manutenção menor do que os de plasma e CRT
- Melhor geometria, Tela fina e leve 

Desvantagens
- Baixa resolução principalmente em vídeo composto analógico (TV a cabo)
- Ângulo de visão reduzido
- Iluminação mínima constante das partes pretas, reduzindo o contraste
- Falta de uniformidade da luz traseira provocando deformação da imagem 

PLASMA 

Tecnologia, evolução, construção
Tela formada por células com gás em seu interior, montadas entre duas partes de vidro, que emitem ondas eletromagnéticas quando excitadas pela corrente elétrica. O gás então ionizado pela presença da corrente elétrica se transforma em plasma, emitindo luz.
O brilho da tela é reforçado pela presença de uma camada de fósforos que brilham, excitados pelo plasma.
 
Vantagens
- Emissão de luz pelas células da tela, proporcionando melhor brilho, contraste e resolução
- Cenas escuras, com corte de luz
- Melhor ângulo de visão
- Melhor uniformidade da luz em todas as partes da tela

Desvantagens
- Maior índice de desgaste e defeito, devido às fontes para excitar as células
- Maior emissão eletromagnética – luz ultra-violeta
- Aparelho com maior profundidade e mais pesado
- Dificuldade de montagem de telas menores do que 40”

TV LCD de LED (Led TV)

Tecnologia, evolução, construção
É o mesmo TV de LCD, com uma modificação importante: a iluminação traseira, que no LCD convencional é feita por lâmpadas; no TV com LED, é feita por um painel de diodos emissores de luz, montado atrás do display de cristal Liquido. A tela é a mesma do TV LCD. 

Vantagens
- Permanece com Baixo consumo de energia
- Maior uniformidade da luz traseira
- Melhor resolução em vídeo componente e HDMI
- Profundidade ainda mais reduzida – os Leds ocupam menor espaço do que as lâmpadas (back light)

Desvantagem
- Também apresenta baixa resolução em vídeo composto analógico
- Como é uma tecnologia nova, o custo ainda está muito alto

OLED (Organic Light-emitting diodo)

Tecnologia, evolução, construção
Tela feita por polímeros, com material tipo orgânico, com emissão de luz própria. Pode-se fazer uma analogia com o vaga-lume, cujo estudo deu vida a essa tecnologia. Sistema ainda adotado somente pela Sony.
 
Vantagens- Emissão e corte de luz pelas próprias células da tela. Não necessita de backlight adicional
- Melhor brilho e contraste
- Melhor ângulo de visão
- Tela fina e flexível        
- Maior resolução
- Baixíssimo consumo 

Desvantagens
- Custo ainda muito alto.
- As telas ainda são reduzidas, não chegando a 40”.
- A durabilidade da tela ainda é baixa e depende da evolução dos processos de fabricação

TV de tubo (CRT- Cathode Ray Tube)
O tubo de imagem é uma montagem em um bulbo de vidro a vácuo, de três eletrodos (catodos) que aquecidos pela corrente elétrica  emitem elétrons que são acelerados em direção a uma tela de fósforos. É necessário circuitos de alta tensão para fazer os elétrons chegarem até a tela, depois de passarem por uma máscara de convergência que corta a maior parte do feixe. A convergência significa assegurar que o feixe do canal verde atinja somente os fósforos verdes, e a mesma coisa para os feixes vermelho e azul.

Vantagens
- Emissão de luz na própria tela de fósforos
- Alto brilho e contraste
- Boa resolução
- Excelente ângulo de visão
- Baixo custo atual dos televisores maiores 

Desvantagem- Geometria – ocupam muito espaço
- Emissão eletromagnética
- Erros de convergência nos cantos da tela
- Desgaste dos catodos provocando variações nas cores e baixa vida útil do cinescópio.
- Maior consumo de energia

Por Willian Nunes
Engenharia
TV Globo

(texto retirado do Blog da TV Digital: http://www.tvglobodigital.com/blog/2009/10/15/plasma-ou-lcd-ou-led-ou-oled-ou-tv-de-tubo-qual-a-melhor-opca-do-momento/)