O Ano do Vidro
Em 2021, a ONU reconheceu o vidro como um importante material para o desenvolvimento da humanidade, pelo fato de não ser presente apenas em nosso cotidiano, mas também por ter várias aplicações tecnológicas que foram, e são, muito importantes para a ciência e economia. [1]
Assim, batizou-se 2022 como “O Ano Internacional do Vidro”, material há milhares de anos já existente, agora considerado como um “biomaterial por excelência”. [1]
O que são Vidros?
Os vidros tradicionais são formados principalmente por óxidos, tais como SiO2, CaO, Na2O, B2O3, K2O e Al2O3, cujas proporções influenciam muito suas propriedades. Tecnicamente falando, os vidros são materiais amorfos, fora do equilíbrio, isto é, seus átomos não se encontram organizados, o que é típico de líquidos, mas em uma temperatura abaixo da temperatura de fusão esperada. No entanto, sua estrutura atômica amorfa encontra-se congelada, sem que os átomos possam se mover de forma detectável, o que se assemelha ao comportamento de um sólido.[3]
Além disso, acima de certa temperatura, chamada temperatura de transição vítrea, os átomos dos vidros readquirem mobilidade e podem se organizar em uma ou mais fases cristalinas, o que chamamos de cristalização.
No caso de materiais inorgânicos e não metálicos, quando esse processo resulta em boas propriedades, dá origem às vitrocerâmicas. [2]
Manufatura dos vidros
E como os vidros são produzidos?
Primeiro, os componentes (principalmente areia de sílica, carbonato de cálcio e carbonato de sódio) são pesados, misturados e levados a um forno para fusão, onde também se adiciona vidro reciclado em formatos reduzidos para facilitar a homogeneização. As matérias-primas são testadas e estocadas para posterior mistura sob controle computadorizado.
É importante destacar que quanto maiores a pureza dos materiais brutos, a precisão da composição e os padrões de manufatura, melhor a transparência e homogeneidade do vidro. [3]
Após essa etapa inicial, os materiais são fundidos em temperaturas próximas a 1600 °C. Durante a fusão, o vidro passa por etapas de homogeneização e refino (retirada de bolhas). Em seguida, o material fundido pode ser moldado em diferentes formatos, dependendo da aplicação. Por exemplo, para a fabricação de vidros planos, o fundido é vertido em um banho de estanho líquido, próximo dos 1000 °C, sobre o qual boia e se espalha sem se misturar, resultando, após o endurecimento com a diminuição da temperatura, em superfícies perfeitamente planas e sem defeitos. [3]
Por volta dos 500 °C, o vidro está pronto para ser cortado, mas precisa ser resfriado lentamente, para evitar o surgimento de tensões que possam causar sua fratura, processo chamado recozimento. Nessa etapa, os vidros podem ainda ser submetidos ao processo de têmpera térmica, onde o aquecimento à ~600 °C e resfriamento rápido de suas superfícies faz surgir tensões de compressão superficiais que aumentam muito sua resistência mecânica. [3]
Vidros no cotidiano
Desde copos, espelhos e janelas até objetos que você nem imagina, os vidros estão muito presentes no nosso dia a dia. A seguir estão alguns exemplos disso:
Fibra óptica
As fibras ópticas são fios microscópicos (da espessura de um fio de cabelo) que conduzem luz entre um emissor e um fotodetector. Essas são constituídas basicamente de 3 partes: capa protetora, casca e núcleo. [7] Como há diferença entre o índice de refração desses dois últimos, ocorre o fenômeno de reflexão total, o que permite a propagação do feixe luminoso pela fibra. [4,5]
Apesar de ser muito associada à internet, a fibra possui outras aplicações muito importantes, por conta do seu tamanho e da resistência a ambientes hostis: telemetria na indústria, fibroscópio na medicina, sensores, dentre outros. [7]
Além disso, outra vantagem desse material diz respeito à sua velocidade de transmissão, a qual pode ser até 130 vezes mais rápida que a de um fio de cobre. Tal superioridade se dá porque a fibra óptica transmite impulsos de luz enquanto o cobre, eletricidade. [6]
Vidro temperado
O vidro temperado é obtido a partir da têmpera do vidro comum, sendo 5 vezes mais resistente mecanicamente que este. Devido à sua característica de quebrar em pequenos fragmentos quando sofre impacto, esse material é considerado um vidro de segurança, [8] sendo utilizado, por exemplo, em box de banheiros, evitando acidentes graves em casos de quedas. Além disso, também é usado em portas, mesas, janelas e, por conta de sua resistência térmica, é bastante utilizado em fogões. [9]
Vitrocerâmica
As vitrocerâmicas resultam da combinação de tratamentos térmicos de vidros especiais, contendo, por exemplo, óxidos de silício, alumínio e de lítio, de modo a possuir propriedades termomecânicas atrativas.
Cooktop vitrocerâmico. Fonte: Wikimedia Commons
No cotidiano, destaca-se seu uso no cooktop vitrocerâmico, visto que, devido à baixa condutividade da vitrocerâmica, é possível evitar a ocorrência de queimaduras, uma vez que a sua superfície não esquenta muito além da região de aquecimento. [10]
Além disso, por possuir baixíssima dilatação térmica, o material não fratura com o aquecimento ou resfriamento rápido. [11]
Inovações e perspectivas
Vidros fotovoltaicos, televisões ultrafinas, superfícies ou janelas de vidros touchscreen que possuem compatibilidade com aparelhos eletrônicos [12] e até vidros inquebráveis. [13] Pesquisadores garantem que, no futuro, esse tipo de material se tornará cada vez mais comum e imprescindível no nosso dia a dia. Entretanto, enquanto essas novidades ainda não chegam, algumas inovações já chamam a atenção, como vidros antimicrobianos, vidros antirreflexivos, biovidros e vidros flexíveis.
Biovidros
São materiais vítreos bioativos, ou seja, podem se ligar com tecidos vivos, tendo capacidade de regenerar, tratar e substituir esses. Ele pode ser aplicado em inúmeras aplicações médicas para fraturas ósseas e feridas de pele, por exemplo. [14]
O primeiro biovidro desenvolvido, na década de 1970, foi o chamado Bioglass 45S5, que possui propriedades mecânicas parecidas com os ossos. Com o passar do tempo, foram fabricados outros biovidros, normalmente com os mesmos componentes principais(SiO2, Na2O, CaO, P2O5). [14,15]
Exemplo de biovidro. Fonte: g1
Vidros Flexíveis
São materiais extremamente finos que, diferentemente de outros vidros, são flexíveis. Essa flexibilidade se deve principalmente a sua fina espessura, já que a tensão de tração depende dela. [16,17] Dessa forma, ao fabricar um material mais fino, mais fracas serão as forças intermoleculares, e menor será a tensão que ele estará submetido e, assim, maior sua capacidade de dobrar. [17]
Outro segredo para torná-lo flexível é a resistência contra imperfeições na superfície, por meio da têmpera química evitando, por meio de tensões de compressão superficial, que uma bolha de ar ou uma partícula de sujeira cause um processo de quebra do material. Esse material hoje é encontrado em telas de smartphones, substratos de circuitos eletrônicos, entre outros.
Vidro Flexível. Fonte: Corning
Se quiser saber mais sobre vidros…
Caso você curta um reality show e queira saber mais sobre a fabricação de vidros, aplicado principalmente no artesanato, a Netflix possui uma série chamada “Blown Away”, onde artesãos se enfrentam numa competição de esculturas de vidros dos mais diversos temas.
Fonte: Netflix
Agradecimentos
Agradecemos, para a postagem dessa matéria, os autores Ana Júlia Borges Guerra, Daniela Winsley Valereto Friozi, Gabriel Natulini Vieira e Luís Gustavo Tiveron Zampaulo.
Além disso, agradecemos também ao professor Eduardo Bellini Ferreira pelas recomendações e revisão.
Referências
- https://www.wheaton.com.br/2022-e-eleito-o-ano-do-vidro-pela-onu/#:~:text=O%20reconhecimento%20do%20valor%20do,(Organização%20das%20Nações%20Unidas)
- Callister WD. Materials science and engineering : an introduction. John Wiley & Sons; 2007.
- https://in.saint-gobain-glass.com/glass-manufacturing-process
- https://www.gta.ufrj.br/grad/08_1/wdm1/Fibraspticas-ConceitoseComposio.html
- http://penta2.ufrgs.br/redes.94-2/nunes/fibras.html
- https://www.stoodi.com.br/blog/fisica/fibra-optica-entenda-como-funciona/#:~:text=Basicamente%2C%20esse%20material%20consiste%20em,luz%20no%20prolongamento%20do%20cabo
- https://www.gta.ufrj.br/grad/08_1/wdm1/Aplicaesdasfibras.html#:~:text=As%20fibras%20%C3%B3pticas%20s%C3%A3o%20utilizadas,sua%20resist%C3%AAncia%20%C3%A0%20ambientes%20hostis
- https://www.divinalvidros.com.br/blog/vidros-de-seguranca
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https://www.divinalvidros.com.br/blog/vidro-temperado
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https://www.macea.com.br/noticias/a-vitroceramica
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https://www.promobit.com.br/blog/cooktop-vitroceramico-o-que-e-e-como-funciona-663/
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https://www.corning.com/worldwide/en/innovation/a-day-made-of-glass.html
-
https://www.tecmundo.com.br/ciencia/146556-vidro-flexivel-inquebravel-substituir-aco-futuro.htm
-
https://www.jornalamateria.ufscar.br/news/materiais-inovadores-biovidro-f18
-
CARTER, C. B.; NORTON, M. G. Ceramic Materials. New York, NY: Springer New York, 2013.
-
GARNER, S. M.; LI, X.; HUANG, M.-H. Introduction to Flexible Glass Substrates. In: GARNER, S. M. (Ed.). . Flexible Glass. Nova York: Wiley, 2017. p. 3–4.
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https://www.theverge.com/2020/2/19/21142728/samsung-foldable-glass-galaxy-z-flip-explained-schott-corning
