Revestimentos Antirrefletores: A camada de "ar" que proteje...

   Revestimentos antirrefletores são capazes de inibir os efeitos de reflexão da luz na superfície do material e dessa forma maximizam a transmitância de luz. A pergunta seria onde eles são necessários?  De fato, imagine agora um parabrisa de automóvel onde quando bate luz você não vê reflexos de imagens na superfície  lentes de óculos onde ocorrem os mesmos efeitos, esses são exemplos cotidianos e gerais, mas em termos de pesquisa cientifica os mesmos são aplicados em diversos campos, como na Astronomia para melhorar a qualidade do sinal recebido, e em dispositivos ópticos em geral. Na imagem abaixo é possível observar a diferença de um vidro sem um revestimento antirrefletor e outro com esse revestimento.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Antireflection_coating_split_pic.jpg

   Em geral a luz pode sofrer absorção, espalhamento, reflexão e transmissão quando incinde em uma superfície  os três primeiros itens causam perdas de sinal (se o objetivo é receber o sinal em um determinado detector). Uma alta transmitância de luz muitas vezes pode ser desejada, e nesses momentos buscamos produzir recobrimentos nas superfícies capazes de diminuir as perdas causadas por reflexão e espalhamento, pois fenômenos de absorção estão ligados a estrutura química da superfície, dessa forma podemos equacionar a transmitância de luz em um meio como:

   Onde R refere-se a reflexão, IA a intensidade de luz absorvida e IE a intensidade de luz espalhada. 

  Os fenômenos de espalhamento, em geral, são causados quando temos um material que possui estruturas da ordem do comprimento de onda que esta sendo incidido, logo para minimizarmos este tipo de fenômeno devemos sempre tomar cuidado com as ordens de grandezas das estruturas que são depositadas no material, por exemplo, para uma luz na região do visível, partículas ou aglomerados de ordem de tamanho em torno de 0.4μm, começam a amplificar os fenômenos de espalhamento, no entanto essa mesma ordem de grandeza ainda não causa espalhamento na região do infravermelho. Assim quanto maior o comprimento de onda, menores fosfenos de espalhamentos obtemos. Um fenômeno de espalhamento de luz bem conhecido é a formação do arco-iris:

http://www.blogdothame.blog.br/v1/2012/10/18/arco-iris-de-uma-cor-so/

   Os fenômenos de reflexão estão relacionados com o índice de refração do material e seu contraste com o índice do meio (geralmente o ar), logo para minimizar esse tipo de fenômeno deve-se trabalhar com revestimentos ou estruturação capazes de alterar este "contraste" entre índice de refração do meio, geralmente ar, e o da superfície.

   Um dos métodos muito utilizados para diminuir fenômenos de reflexão na superfície de um material é conhecido como revestimentos interferométricos, nesta técnica utiliza-se uma ou mais camadas de filmes com diferentes índices de refração e espessura física controlada, como mostra a figura abaixo:

http://physics.stackexchange.com/questions/12208/how-come-an-anti-reflective-coating-makes-glass-more-transparent

   Em revestimentos interferométricos o que conta são as relações entre os índices de refração dos filmes, meio e substrato, de modo que se estivermos considerando o meio como o ar, o substrato revestido por dois filmes finos com índices n1 e n2 respectivamente, para obtermos uma boa antirreflexão deve-se obedecer a relação:

   No entanto, para obtenção de um revestimento antirrefletor a espessura dos filmes também deve ser controlada, ou seja, a mesma deve ser igual a 1/4 do comprimento de onda do filme (que é equivalente a razão do comprimento de onda do feixe de luz incidente pelo índice de refração do filme), assim:

   Assim a espessura física é escrita em função da espessura óptica, e, ou do comprimento de onda do feixe incidente, por:

   Na equação acima, d refere-se a espessura física do filme a ser depositado, ε a espessura óptica e n ao índice de refração do material, assim λ é o comprimento de onda incidente, e logo conclui-se que a espessura do filme a ser depositado é equivalente a 1/4 do comprimento de onda do material. 

  Outro método para obtenção de revestimentos antirrefletores que fornecem ao material uma antirreflexão numa maior escala de incidência angular é por meio de revestimentos de índice gradual, muio mais difícil de se obter do que no caso de filmes interferométricos  no entanto são também muito melhores, abaixo mostramos uma figura do que seria um revestimento de índice gradual sobre um substrato qualquer.

http://www.amolf.nl/nanophotovoltaics, setembro de 2010.

   Nesses casos o que ocorre é uma variação suave e gradual do índice de refração do meio, geralmente ar, e do substrato de modo que o feixe de luz ao penetrar no revestimento "sente" o índice aumentando passo a passo, o que faz com que gere interferências destrutivas para os feixes refletidos e desta forma uma maior intensidade de luz para os feixes transmitidos.

   Assim, é possível observar que ainda é um desafio para a pesquisa em óptica a aquisição de alta transmitância óptica, pois aqui descrevemos apenas um dos parâmetros que causam efeitos de perda de transmitância  para estudos nos casos de absorção e espalhamento levaríamos mais um post inteiro, no entanto é possível chegar com substratos de vidros a uma alta transmitância óptica, então como novo desafio e para uma nova postagem, serão apresentados resultados da obtenção de alta transmitância óptica em substratos de vidros simultaneamente com propriedades autolimpantes, isso mesmo, imagine um vidro transparente "como ar" e autolimpante, não precisaríamos mais de limpadores de parabrisas, os óculos sempre limpos e com boa visibilidade, sem contar no grande avanço que teríamos para a industria de sensores e células solares.

 Referências:

[1] Camargo, K.C., Tese de doutoramento: Filmes Superhidrofobicos e Antirrefletores em Largo Espectro, maio, 2012

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Antireflection_coating_split_pic.jpg , Novembro 2012

[3] http://www.blogdothame.blog.br/v1/2012/10/18/arco-iris-de-uma-cor-so/ , Novembro 2012

[4]http://physics.stackexchange.com/questions/12208/how-come-an-anti-reflective-coating-makes-glass-more-transparent , Novembro 2012

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)