CIÊNCIA
MATERIAIS
Supercondutor à temperatura ambiente
Um grafite pirofítica
parece comportar-se como
supercondutor até a
2rc
MAR C OS PJVETTA
m maio de 1999, Yakov KopeE
levich e Sérgio Moehlecke, do
Instituto de Física Glleb Wataghin
da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp ), faziam medições
magnéticas em nanotubos de carbono e grafite quando algo inesperado
aconteceu. Uma amostra de grafite
extremamente puro que era usado
como controle no experimento chamado de grafite pirolítico altamente orientado e conhecido pela
sigla em inglês HOPG - começou a
comportar-se de forma surpreendente. Dentro de um intervalo de
temperatura muito amplo, entre 2 e
300 graus Kelvin (K) - ou desde 271 até 27 graus Celsius (0 C) -, ele
se comportava como um supercondutor, tendo essa propriedade localizada em pequenas regiões tipo
"grãos" ou "ilhas".
Sabe-se que um material se torna
supercondutor quando, abaixo de
uma determinada temperatura crítica (Tc), consegue transmitir corrente elétrica com zero de resistência
(perda da energia produzida, em
forma de calor). Cada material tem
uma T c diferente. Até o momento,
um composto de óxido de cobre, o
HgBa 2Ca 2Cu30 8+X, tem sido considerado o supercondutor com T c
mais elevada: gélidos -1 09°C ( 164
K) . O grafite pirolítico estudado na
Unicamp vai extremamente além
disso. Ele abrange uma ampla faixa
de temperaturas ambientes comuns
que vai culminar em 27°C.
Embora composto só de átomos
de carbono, como o grafite comum,
o HOPG tem características físicas
totalmente diferentes do material
que recheia os lápis. Sintetizado industrialmente em condições de temperatura de 3.ooooc e pressões elevadas, é um policristal extremamente
puro, composto de camadas paralelas
de átomos de carbono. É usado como
substrato ou na calibragem de alguns
tipos de microscópio, como o de tunelamento e o de força atômica. Uma
"
u
o
~
8
refeitos confirmam
as propriedades
.
pequena amostra - com milímetros
de espessura e menos de um centímetro quadrado de área - pode custar até US$ 1.000, de acordo com as
especificações.
Os indícios de supercondutividade no HOPG, cujas amostras usadas
no experimento inicial haviam sido
trazidas da Rússia por um colega de
Kopelevich, intrigaram e instigaram
o pesquisador da Unicamp, que imediatamente deixou de lado os estudos
com nanotubos para concentrar-se
nas análises do grafite. Afinal, não
havia (e ainda não há) nenhum material que comprovadamente mantenha as propriedades de supercondutor em condições minimamente
próximas da temperatura ambiente,
o que seria algo revolucionário. "Ti-
vemos sorte nessa descoberta", diz
Kopelevich, que há oito anos trocou
a carreira de pesquisador na Rússia
pela vida acadêmica no Brasil. Uma
segunda propriedade detectada no
grafite HOPG foi o ferromagnetismo, fenômeno pelo qual materiais se
transformam em ímãs quando expostos a um campo magnético.
Confirmação e cautela - Surpreso com
o resultado do experimento, Kopelevich tratou de refazê-lo para confirmar as medições. "Conseguimos reproduzir a experiência", afirma ele,
que iniciou os estudos com grafite no
projeto sobre nanotubos e continuou
num projeto temático sobre supercondutores iniciado em 1994 sob a
coordenação de Sérgio Moehlecke e, a partir de 1998, de José Antonio
Sanjurjo, falecido no início deste ano.
Hoje, além de participar do temático,
Kopelevich mantém seu projeto individual sobre um novo método para
medir a resistência não-local em supercondutores (fora da região em
que a corrente é aplicada).
Para avaliar esse trabalho com rigor, qualquer físico dessa área perguntaria se o HOPG apresentou o
chamado efeito Meissner, uma das
evidências mais fortes de que a supercondutibilidade é real. Nota-se o
efeito Meissner quando, aplicado um
campo magnético sobre o material,
forma-se uma corrente em sua camada externa e seu interior expulsa um
fluxo magnético de sentido contrário. É esse efeito que faz um ímã, com
um campo magnético permanente,
levitar quando colocado sobre um
supercondutor. O HOPG apresentou
o efeito Meissner, tal qual um supercondutor à base de bismuto com Tc
de -18 3°C, uma tem per atura crítica
considerada alta pelos físicos (ver
gráficos).
PESQUISA FAPESP · MAIO DE 2001 • 51
Avanços e promessas em 90 anos
A busca por supercondutores
que funcionem a temperaturas cada
vez mais altas continua a ser um
grande objetivo. É enorme o potencial de uso de um hipotético material capaz de transmitir corrente
elétrica com resistência zero em
condições ambientais próximas daquelas em que o homem vive. Os
atuais fios e cabos elétricos, por
exemplo, poderiam ser substituídos
por similares revestidos desse supercondutor à temperatura ambiente,
com economia e maior eficiência na
transmissão de energia.
Contudo, desde que foram descobertos, há 90 anos, os supercondutores têm aplicações restritas, por
causa, justamente, das temperaturas
baixas que exigem. Os encontrados
de 15 anos para cá acumulam mais
promessas que realizações: ainda
não resultaram em aplicações por-
Mesmo convencido de que em seu
trabalho não há erro, de medição ou
provocado por impurezas nas amostras de grafite, o físico optou por discrição e prudência. Em parceria com
OS PROJETOS
Estudo de Materiais Supercondutores
MODALIDADE
Projeto temático
COORDENADOR
J os~
ANTONIO 5ANJURJO - Instituto
de Física da Unicamp
INVESTIMENTO
R$ 61 .890,00
Estudo do Estado dos Vórtices em
Supercondutores de Alta Temperatura
através de Medidas Não-Locais
MODALIDADE
Auxílio a projeto de pesquisa
COORDENADOR
YAKOV KOPELEVICH- Instituto
de Física da Unicamp
INVESTIMENTO
R$ 18.989,00 e US$ 54.1 33,40
52 • MAIO DE 2001 • PESQUISA FAPESP
que é difícil fazer fios com eles. Para
servirem a algum uso prático, os
disponíveis no mercado têm de ser
resfriados a temperaturas baixíssimas, em processos muito caros. É o
caso, por exemplo, dos ímãs usados
em aparelhos de ressonância magnética, feitos com ligas metálicas supercondutoras. Para que funcionem
como foram concebidos, esses ímãs
têm de ser resfriados abaixo do T c
da liga, por meio de imersão em hélio líquido a -269°C. Não é à toa,
portanto, que se vêem com freqüência caminhões entregando hélio líquido em hospitais que usam esses
aparelhos.
Depois de mais de uma década
em aparente banho-maria, sem produzir nenhuma descoberta de grande impacto, neste ano a pesquisa na
área voltou a esquentar em todo o
mundo. Em janeiro, cientistas japo-
neses da Universidade Aoyama Gakuin revelaram que um conhecido
composto intermetálico de magnésio e boro, o MgB 2, é um supercondutor barato e eficiente quando resfriado a -234 °C.
Em março, uma equipe dos Laboratórios Bell, nos Estados Unidos,
mostrou ao mundo o primeiro composto plástico, o polímero politiofeno, que se comporta como supercondutor - desde que integrado a
uma espécie de transistor e submetido a -270°C. Apesar de as temperaturas necessárias para transformar
esses compostos em supercondutores serem extremamente baixas, as
duas descobertas foram, por motivos diferentes, muito festejadas - e
seriam muito mais se funcionassem
à temperatura ambiente.
O MgB 2 é o composto metálico
estável com T c mais alta, o que o
torna candidato potencial a gerar
novas ligas supercondutoras com
pesquisadores da
Unicamp, da Universidade de Leipzig, Alemanha, e do
A. F. Ioffe PhysicoTechnical Institute
de São Petersburgo,
Rússia, Kopelevich
redigiu artigos científicos e os enviou
para publicações
especializadas, relatando os resultados.
De dois anos
para cá, os trabal- Kopelevich: convencido de que não há erros no que fez
hos foram publicados em três revistas: ]ournal of Low
Para embasar sua aposta nas proTemperature Physics, Physics of The
priedades supercondutivas do HOPG,
Solid State e Solid State Communicao físico tem investido em várias frentions. Neles, deixa claro que em suas
tes. Além de refazer o experimento
experiências o grafite pirolítico parenas mesmas lâminas de grafite pirolíceu comportar-se como um supertico trazidas da Rússia, mediu a sucondutor, mas evita afirmar categopercondutividade em placas fabricaricamente que seja, sem dúvida, um
das pela empresa norte-americana
supercondutor à temperatura amUnion Carbide - indício de que o febiente. "É preciso ser cuidadoso",
nômeno detectado não parece decorrer de uma amostra com impurezas.
pondera Kopelevich.
temperatura crítica mais elevada.
O politiofeno é importante por
Boskovic e a companhia local Avac
Kopelevich comenta: "Devido ao
inaugurar a família dos plásticos su-diz ter ido além do que seus colefato de o MgB 2 ser um material isopercondutores, algo inusitado, já
gas japoneses e norte-americanos
eletrônico ao grafite, essa descoberque em condições normais os políobtiveram. Eles garantem ter evita também motivou uma séria remeros não são bons condutores de
dências de que um composto de
consideração das propriedades
eletricidade.
prata, chumbo, carbono e oxigênio
físicas do grafite. Por exemplo, G.
Se essas duas notícias foram fesse transforma em supercondutor à
Baskaran, um físico teórico famoso,
tejadas pela comunidade científica e
temperatura ambiente. Sua Tc é, serecentemente argumentou que
provocam um novo surto na pesgundo os croatas, de quase inacreexistem fortes correlações superquisa de supercondutores, uma terditáveis 70°C. Se comprovada, essa
condutoras no grafite. Nossos resulceira, ainda que aparentemente
T c permitiria ao material transmitados fornecem a evidência expepromissora, é vista com ressalvas.
tir corrente elétrica sem resistênrimental de que isto realmente
Liderado pelo cientista Danijel Djucia em qualquer ambiente natural
ocorre. Ainda sobre o MgB 2, o grurek, um time de pesquisadores de
do planeta- até nas areias escaldanpo liderado pelo físico Oscar de
três instituições croatas - Universites de um deserto. Como ninguém
Lima, que também faz parte do
dade de Zagreb, Instituto Ruder
conseguiu ainda refazer a experiprojeto temático, fez
ência de Djuuma contribuição inérek e os croadita, determinando
tas já se engaque as propriedades
naram uma
O grafite pirolítico apresentou o efeito Meissner, uma característica específica
supercondutoras do
vez nesse asdos supercondutores, à temperatura ambiente (27° C), bem acima da
verificada para o material à base de bismuto (Tc= -183° C)
MgB 2 dependem da
sunto, a possídireção em que um
vel descoberta
4
campo magnético exainda não obterno é aplicado".
teve
aceitação.
2
A assinatura de um supercondutor
0,0
o
jamos". Na pior das
hipóteses, foi aberta
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uma nova linha de
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O físico Carlos
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Rettori, seu colega
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na Unicamp, que
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também participa
do projeto, lembra
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que os trabalhos com
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grafite pirolítico eso
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60
80
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o
500
1000
1500
tão na verdade senCampo Magnético, H (Oersted)
do retomados. "Há
Obs.: as setas indicam o sentido do campo magnético aplicado sobre o
15 anos, tínhamos
material, que parte do zero, atinge o pico e retorna ao valor inicial.
Fonte: Yakov Kopelevich- /FII Unkamp
realizado algumas
medições com esse
mesmo material", lembra Rettori.
uma propriedade que precisa ser
''Agora Kopelevich está ressuscitando
mais bem analisada.
Caminho longo - Kopelevich acredita
esse tema e nós também voltamos a
Tudo o que ele não quer é provoestudar o material. Nossos estudos reque o HOPG pode ser um tipo de sucar em relação às suas pesquisas com
centes demonstram sem ambigüidapercondutor com potencial para
o grafite pirolítico o mesmo tipo de
transmitir correntes fracas, pelo medes a presença de ferromagnetismo
ceticismo despertado pelas experiênnos. E, ao contrário da maioria dos
itinerante no grafite e também a poscias de um grupo de cientistas croasupercondutores, aparentemente não
sibilidade da supercondutividade a
tas (ver quadro). Sabe que o caminho
perde a capacidade de transmitir coralta temperatura:' Kopelevich está conpode ser longo e tortuoso e que, no
vencido
de que existe supercondutirente com resistência zero mesmo
fim, "o HOPG pode não ser um supervidade à temperatura ambiente.
•
quando apresenta ferromagnetismo,
condutor tão promissor como deseAgora, ele tenta
encontrar evidências de supercondutividade em monocristais de grafite.
"Se conseguirmos
isso, vai ficar claro
que a supercondutividade é mesmo do
material grafite': comenta o pesquisador da Unicamp.
Por enquanto, ainda
não obteve esse tipo
de registro. Flagrou
apenas ferromagnetismo nos monocristais.
"'
"':J ·2
"'
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N
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PESQUISA FAPESP · MAIODE2001
53
TECNOLOGIA
Anti-hipertensivo na casca de uva
O processo de extração de
um suco com propriedades
anti-hipertensivas da casca
da uva Vitis labrusca foi patenteado pela Universidade
do Estado do Rio de Janeiro
(Uerj). Essa uva, também
chamada de Isabel, possui
frutos pequenos, de coloração negra, usados na preparação de sucos e de vinhos, vendidos normalmente em garrafões. São os chamados vinhos de colono. As
benesses anti-hipertensivas
dessa uva estão em um estudo pré-clínico do médico
Roberto de Moura, professor de farmacologia do Instituto de Biologia da Uerj.
Ele seguiu a pista de vários
trabalhos científicos que
apontam doses moderadas
de vinho como benéficas à
saúde do sistema cardiovascular. Ao tentar descobrir
onde estavam os princípios
ativos que combatem os
• Bioinseticida
com protetor solar
O controle biológico da lagarta da soja (Anticarsia gemmatalis), uma das principais
pragas dessa cultura, recebeu
uma inovação importante
nos laboratórios da Embrapa
Meio Ambiente, com sede em
Jaguariúna (SP). Um vírus
(Baculovirus anticarsia) encontrado na natureza e mortal para a lagarta recebeu
uma película protetora que
funciona como um protetor
solar. Assim, ele pode ser pulverizado nas plantações junto
com água sem ser molestado
pelos raios ultravioleta do
54 · MAIO DE 2001 • PESQUISA FAPESP
Extrato da casca de uva baixou a pressão arterial em ratos
males do coração, Moura
testou extratos da polpa e
da casca em ratos hipertensos. "Com a polpa não
aconteceu nada, mas com a
casca a pressão baixou", explica. O pesquisador não
sabe ainda qual das substâncias existentes na casca ou a associação entre elas provoca o efeito anti-hipertensivo. Para tentar encontrar essa resposta seriam ne-
sol. Sem essa proteção, o vírus fica inativo em poucas
horas. "Recobrimos o vírus
com um material particulado
que torna o bioinseticida
mais eficaz", diz a pesquisadora Claudia Medugno, que
desenvolveu o trabalho junto
com Marina Lessa. A Embrapa fez o depósito internacional da patente do novo processo por meio do Tratado de
Cooperação em Matéria de
Patentes. Esse acordo permite
a escolha dos países com
mercado potencial para se
depositar a patente e também
favorece o pagamento dos registres com taxas menores e
com maior prazo.
•
cessários grande investimento e muitos anos de
pesquisa. Para contornar
esse problema, ele acredita
que o composto extraído da
casca da uva possa ser colocado no mercado como
produto fitoterápico em
forma de cápsulas. Ele já foi
procurado por indústrias
farmacêuticas que querem
fazer um convênio para a
utilização da patente.
•
sui sensores para medir a
umidade do solo e a temperatura ambiente, informações que são processadas
por microprocessadores para acionar ou não, de forma
automática, o sistema de irrigação", explica o professor
Francisco Erivan de Abreu
Melo. "Existem sensores também para controlar a pressão
da água e indicar a hora certa
de limpar os filtros." Erivan é
professor do Departamento
de Física da UFC e tem como
sócio na empresa um ex-aluno de doutorado, Antônio
Themoteo Varela, atual professor do Centro Federal de
Educação e Tecnologia do
Ceará. Além do Siagrícola,
eles possuem mais dois pedidos de patente. São automatizadores com infravermelho
para válvulas hidras de vasos
sanitários e de torneiras.
•
• Cuidados com a
temperatura da fruta
Uma pesquisa realizada no
Recife na área de Nutrição
mostrou que a comodidade
excessiva pode voltar-se con• Controlador para
tra o consumidor moderno.
sistema de irrigação
Frutas descascadas prontas
para serem consumidas são
Otimizar o consumo de água
expostas a uma temperatura
e energia elétrica em equipainadequada nas prateleiras
mentos de irrigação. Essa é a
dos
supermercados. A profesfunção do Sistema de Irrigasora Karla Suzanção Automatizane Damasceno,
do (Siagrícola) deda Universidade
senvolvido pela
Federal do Rio
Etetech, de ForGrande do Norte
taleza (CE), em(UFRN), decidiu
presa incubada
avaliar o melão
no Parque de
espanhol,
de
Desenvolvimengrande produção
to Tecnológico
em Pernambuco.
(Padetec) da Uni"Comprei o meversidade Federal
lão como consudo Ceará (UFC). Siagrícola: medição
midora e fiz
"O aparelho pos- da umidade do solo
análises microbiológica, físico-química e sensoriais", diz
Karla, que defendeu tese
sobre o assunto na Universidade Federal de Pernambuco
(UFPE). A conclusão das
análises mostrou que à temperatura que fica exposta no
supermercado, a 15°C, a fruta
perde frescor, cor, sabor e
murcha em 24 horas. O ideal
é a exposição a 4°C. Nessa
temperatura, o melão pode
durar até cinco dias. "Estudos
feitos no exterior, onde a prática de expor a fruta pronta
para consumo ocorre há 30
anos, chegaram à mesma
conclusão", conta Karla. Apesar de ter algumas características mudadas, não foram detectados microrganismos
nocivos à saúde humana no
alimento. Como estudou
apenas um tipo de fruta, Karla não pode afirmar com precisão que todos os outros alimentos frescos devam ter a
mesma temperatura. "De
qualquer forma, a temperatura média correta não deve
fugir dos 4° C ou 5° C, em
vez dos 15°C habituais, como
ocorre, pelo menos, nos supermercados pesquisados em
Pernambuco", diz.
•
~
"
• Quebra do código
da indústria do som
Pig geométrico: verifica irregularidades no interior dos dutos
• lnspeção de dutos: da
PUC para o mercado
Em menos de quatro anos de
vida, a empresa Pipeway conquistou, com tecnologia nacional, uma importante participação na área de inspeção
de oleodutos e de gasodutos.
Ficou incubada de 1997 a
1999 na Incubadora de Empresas da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RJ) e hoje possui
contratos de serviços na Argentina e na Bolívia. Foi escolhida a empresa do ano, em
2000, pela Associação Nacional de Entidades Promotoras
de Empreendimentos de Tec-
nologias Avançadas (Anprotec). O rascunho da Pipeway
começou a ser feito alguns
anos antes no Centro de Estudos de Telecomunicações da
PUC, onde dois dos três sócios da empresa, os engenheiros José Augusto Pereira da
Silva e Jean Pierre Weid, trabalharam como pesquisadores. Eles adquiriram experiência no trabalho conjunto
entre a universidade e o Centro de Pesquisas da Petrobras
(Cenpes). O terceiro sócio é o
também engenheiro Nelson
Fernandes Pires, um ex-representante de empresas do
setor. O principal equipamento desenvolvido pela Pi-
África do Sul usa sangue de boi em humanos
Os riscos da utilização de
sangue humano e seus derivados na África do Sul onde 20o/o dos adultos estão
infectados pela Aids, segundo a Organização Mundial
de Saúde (OMS) - contribuiu para a liberação de um
derivado de sangue bovino
no tratamento de pacientes
de anemia aguda e em cirurgias, informou a revista
Nature (19 de abril). Derivado da hemoglobina, o
Hemopure seria especialmente útil em áreas rurais
peway é o Pig Geométrico,
uma ferramenta que percorre
o interior das tubulações, com
um sensor na ponta, captando
dados como amassamentos e
corrosões. Um dos clientes da
empresa é a Petrobras que
detém, junto com a PUC-RJ,
royalties sobre o invento.
•
carentes de suprimentos
confiáveis de sangue humano. Foi desenvolvido pela
Sangue humano: riscos
empresa Biopure, de Massachusetts, Estados Unidos, a
partir do sangue de gado
norte-americano destinado
ao abate, sobre o qual são
exigidos registras de condições, origem, regime alimentar e histórico veterinário. Segundo a empresa, que
ainda este ano pretende obter licença para a distribuição do produto nos
EUA, o sangue é submetido
a um processo de purificação que elimina possíveis
agentes infecciosos.
•
Um ambicioso plano de proteger os CDs contra a pirataria com um código digital comparado a uma marca
d'água- foi submetido ateste. Para assegurar a inviolabilidade do sistema desenvolvido por um consórcio de
companhias da indústria
musical, agrupado na Secure Digital Music Initiative
Foundation (SDMI) - que
implicaria a adoção de um
novo formato e novos tocaCDs -, as grandes multinacionais fonográficas lançaram um desafio público. Não
se poderiam fazer cópias dos
CDs no novo formato, pois o
som ficaria inaudível. Contudo, em apenas um mês de
trabalho, um grupo norteamericano do Departamento
de Ciência da Computação
da Universidade de Princeton, liderado pelo professor
Edward Felten, quebrou o código de segurança por meio
de um programa que apagava
a chamada marca d'água. Antes de apresentar a colegas o
trabalho vencedor do desafio,
num congresso em fins de
abril último, Felton foi advertido pela SDMI para não divulgá-lo publicamente, sob
pena de processo penal. Entretanto, uma cópia não autorizada do trabalho foi publicada anonimamente on
line, enterrando um esforço
de anos e milhões de dólares,
segundo a revista eletrônica
no (www.no.com.br).
•
PESQUISA FAPESP • MAIO DE 2001
55