NAMRI/SME Celebra Avanços em Pesquisa de Manufatura na 45ª Conferência Anual NAMRC

Acadêmicos de manufatura foram homenageados por seu serviço, contribuições e pesquisa de manufatura excepcional durante a Conferência Anual de Pesquisa de Manufatura da América do Norte (NAMRC), realizada pela North American Manufacturing Research Institution of SME (NAMRI/SME). O 45º evento anual deste ano foi sediado pela Universidade do Sul da Califórnia em Los Angeles.

Durante a cerimônia anual de premiação, 21 prêmios foram entregues a pesquisadores, estudantes e profissionais da indústria. NAMRC é o principal fórum internacional para pesquisa aplicada e aplicações industriais em manufatura e design. NAMRI/SME reúne pesquisadores de todo o mundo com o propósito de avançar a base científica da manufatura de peças discretas.

"Manufatura é uma indústria de oportunidades excepcionais, impulsionada por pesquisa que empurra os limites do que é possível", disse o Presidente da NAMRI/SME, Dean Bartles, PhD, FSME. "Os reconhecidos hoje estão impulsionando essa pesquisa e nossa indústria adiante de formas que farão diferença por décadas."

Os vencedores do Prêmio NAMRI/SME 2017 incluem:

• Prêmio de Implementação de Pesquisa S.M. Wu da NAMRI/SME, Ajay Malshe, PhD, Universidade de Arkansas/NanoMech Inc., Springdale, Arkansas.
• Prêmio de Serviço Vitalício Excepcional da NAMRI/SME, Neil Duffie, PhD, FSME, CMfgE, PE, Universidade de Wisconsin, Madison, Wisconsin.

O Prêmio de Artigo Excepcional da NAMRI/SME foi apresentado para três artigos:

• "Controle de Aprendizado Adaptativo para Compensação de Erro Térmico de Máquinas-Ferramenta de 5 Eixos",
• "Um Filtro de Partículas Aumentado Baseado em Sensoriamento Virtual para Prognóstico de Condição de Ferramenta",
• "Suporte de Água Altamente Removível para Estereolitografia."

O inaugural Prêmio de Visão de Manufatura David Dornfeld da NAMRI/SME e Competição Blue Sky, financiado pela National Science Foundation, também foi concedido na NAMRC este ano. O Prêmio de Visão de Manufatura David Dornfeld destina-se a incentivar conceitos verdadeiramente visionários de pesquisa e educação e é concedido à melhor apresentação conforme determinado pelo comitê do programa.

"Manufatura responde por mais de três quartos de toda pesquisa e desenvolvimento privado nos EUA", disse Scott Smith, PhD, FSME, professor na Universidade da Carolina do Norte-Charlotte e ex-presidente da NAMRI/SME. "Esta competição busca ideias radicais, desafiadoras, que empurram os limites do que o futuro da manufatura pode ser."

Financiado pela National Science Foundation, resumos para a competição inaugural faziam parte de uma trilha especial "Ideias Blue Sky" na conferência. Submissões foram julgadas por um comitê baseado em como desafiavam suposições existentes e até que ponto expandiam as possibilidades e horizontes do campo.

O inaugural Prêmio de Visão de Manufatura Dornfeld da NAMRI/SME leva o nome do falecido professor da Universidade da Califórnia em Berkeley, que era considerado um líder global em manufatura sustentável e manufatura inteligente, e o prêmio reconhece visão e liderança excepcionais dentro da comunidade de manufatura. "Estamos honrados em reconhecer o Professor Dornfeld, fellow e ex-diretor da SME, bem como fundador da NAMRC, por suas contribuições à manufatura", disse Smith. "Seu legado viverá nos futuros pioneiros da indústria e no compromisso que eles fazem de avançar nossa indústria."

O prêmio foi concedido a Tony Schmitz, PhD, FSME, Universidade da Carolina do Norte em Charlotte, por sua apresentação, "Manufatura Biomimética". Inovação de manufatura de próxima geração será habilitada, em parte, imitando sistemas biológicos em ambientes de produção. Em sua apresentação, Schmitz delineou nova pesquisa na arena de manufatura biomimética.

Don Lucca, PhD, FSME, CMfgE, professor regente e cadeira Herrington em materiais avançados na Oklahoma State University, apresentou a Palestra dos Fundadores da NAMRI/SME, intitulada "No Caminho para Usinagem Ultraprecisa".

A NAMRC 46 será realizada de 18 a 22 de junho de 2018, na Texas A&M University em College Station, Texas.

Técnica a Laser Produz Grafeno a Partir de Madeira

Uma equipe de cientistas da Rice University (Houston) transformou madeira em um condutor elétrico ao transformar sua superfície em grafeno.

A equipe de pesquisa, liderada pelo químico da Rice James Tour, usou um laser para escurecer um padrão de filme fino em um bloco de pinho. O padrão é grafeno induzido por laser (LIG), uma forma do material de carbono com espessura atômica descoberto na Rice em 2014.

"É uma união do arcaico com o mais novo nanomaterial em uma única estrutura composta", disse Tour em comunicado. O material poderia ser usado para eletrônicos biodegradáveis. A descoberta é detalhada este mês em Advanced Materials, veja a página web https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702211/full. Iterações anteriores de LIG foram feitas aquecendo uma folha de poliamida, um plástico barato, com um laser. Em vez de uma folha plana de átomos de carbono hexagonais, LIG é uma espuma de folhas de grafeno com uma borda presa à superfície subjacente e bordas quimicamente ativas expostas ao ar.

Nem qualquer poliamida produziria LIG, disse Tour. A equipe de pesquisa, liderada pelos estudantes de pós-graduação da Rice Ruquan Ye e Yieu Chyan, testou bétula e carvalho, mas descobriu que a estrutura lignocelulósica entrelaçada do pinho o tornava melhor para produção de grafeno de alta qualidade do que madeiras com menor teor de lignina. Lignina é o polímero orgânico complexo que forma paredes celulares rígidas na madeira.

Ye disse que transformar madeira em grafeno abre novas avenidas para síntese de LIG a partir de materiais não poliamida. "Para algumas aplicações, como impressão 3D de grafeno, poliamida pode não ser um substrato ideal", disse ele. "Além disso, madeira é abundante e renovável."

Como com poliamida, o processo ocorre com um laser industrial padrão à temperatura e pressão ambiente e em atmosfera inerte de argônio ou hidrogênio. Sem oxigênio, o calor do laser não queima o pinho mas transforma a superfície em flocos enrugados de grafeno que são espuma ligada à superfície da madeira. Mudar a potência do laser também mudou a composição química e estabilidade térmica do LIG resultante. A 70% de potência, o laser produziu a mais alta qualidade de "P-LIG", onde P significa "pinho".

O laboratório levou sua descoberta um passo adiante transformando P-LIG em eletrodos para divisão de água em hidrogênio e oxigênio e supercapacitores para armazenamento de energia. Para o primeiro, depositaram camadas de cobalto e fósforo ou níquel e ferro sobre P-LIG para fazer um par de eletrocatalisadores com altas áreas de superfície que provaram ser duráveis e eficazes.

Depositar polianilina sobre P-LIG transformou-o em um supercapacitor de armazenamento de energia que teve métricas de desempenho utilizáveis, segundo Tour. "Há mais aplicações para explorar", disse Ye. "Por exemplo, poderíamos usar P-LIG na integração de energia solar para fotossíntese. Acreditamos que esta descoberta inspirará cientistas a pensar em como poderíamos engenhar recursos naturais em materiais de melhor funcionamento." O processo também criaria eletrônicos biodegradáveis.

Os co-autores do artigo são estudantes de pós-graduação da Rice Jibo Zhang e Yilun Li; Xiao Han, que tem nomeação complementar na Rice e é estudante de pós-graduação na Beihang University, Beijing, China; e o cientista de pesquisa da Rice Carter Kittrell. Tour é Chair em Química T.T. e W.F. Chao, bem como professor de ciência da computação e de ciência de materiais e nanoengenharia na Rice.

O Air Force Office of Scientific Research Multidisciplinary University Research Initiative e o NSF Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment apoiaram a pesquisa.

Novos Nanomateriais Podem Construir Dispositivos Eletrônicos Futuros

Pesquisadores da Universidade de Chicago e do Argonne National Laboratory desenvolveram um novo método para padronizar nanomateriais que poderia ajudar a criar novos dispositivos eletrônicos.

Esta pesquisa, publicada na Science (veja https://science.sciencemag.org/content/357/6349/385), poderia levar cientistas a tornar estes materiais mais prontamente disponíveis para uso em tudo, desde displays LED a celulares, fotodetectores e células solares. Embora nanomateriais sejam promissores para dispositivos futuros, os métodos para construí-los em estruturas complexas até hoje têm sido limitados e em pequena escala.

"Este é um passo necessário para mover pontos quânticos e muitos outros nanomateriais de experimentos de prova de conceito para tecnologia real que podemos usar", disse o co-autor Dmitri Talapin, professor de química na Universidade de Chicago e cientista no Center for Nanoscale Materials no Argonne, em comunicado. "Realmente expande nossos horizontes."

Transistores, a base da computação moderna, são interruptores extremamente pequenos feitos aos bilhões através de um processo chamado fotolitografia. O processo, que tornou smartphones ubíquos e baratos, cria um estêncil a partir de uma camada do polímero orgânico colocando um "mask" padronizado, e iluminando-o com luz ultravioleta. Após o novo material ser depositado por cima, o estêncil de polímero é levantado para revelar o padrão. Várias rodadas de tal padronização constroem um transistor miniatura sobre o material.

A fotolitografia tem suas limitações. Apenas alguns materiais podem ser padronizados desta forma. O método foi originalmente desenvolvido para silício, mas à medida que o reinado de meio século do silício sobre a eletrônica chega ao fim, cientistas estão olhando adiante para os próximos materiais. Uma dessas avenidas de interesse são nanomateriais — minúsculos cristais de metais ou semicondutores. Nesta escala, eles podem ter propriedades únicas e úteis, mas fabricar dispositivos a partir deles tem sido difícil.

Uma nova técnica, chamada DOLFIN, faz diferentes nanomateriais diretamente em "tinta" em um processo que evita a necessidade de colocar um estêncil de polímero. Talapin e sua equipe projetaram revestimentos químicos para partículas individuais. Estes revestimentos reagem com luz, então se você brilhar luz através de um mask padronizado, a luz transferirá o padrão diretamente para a camada de nanopartículas abaixo — conectando-as em dispositivos úteis.

"Descobrimos que a qualidade dos padrões era comparável àquelas feitas com técnicas de ponta", disse a autora principal Yuanyuan Wang, pesquisadora de pós-doutorado na Universidade de Chicago. "Pode ser usada com uma ampla gama de materiais, incluindo semicondutores, metais, óxidos ou materiais magnéticos — todos comumente usados na manufatura de eletrônicos."

A equipe de pesquisa está trabalhando na comercialização da tecnologia DOLFIN com o Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation da Universidade de Chicago.

Tech Front editado pelo Editor Sênior Patrick Waurzyniak; pwaurzyniak@sme.org.