Áreas de Pesquisa em Ciência dos Materiais

Abaixo são listadas algumas importantes áreas de pesquisa em ciência dos materiais em microgravidade.

METAIS E LIGAS: Durante a solidificação de metais e ligas (combinação de metais) os átomos dos materiais podem se ordenar em diferentes tipos de arranjos, denominado de estrutura cristalina. Estas estruturas dependem do formato da interface sólido-líquido, que pode ser planar,  celular ou dendrítica.
A presença de convecção na interface pode afetar o seu formato, bem como de mascarar outros fenômenos físicos importantes (tensão superficial, difusão, magnetismo).  Em microgravidade a convecção “gravitacional” é reduzida,  possibilitando o controle da interface durante a solidificação e também o estudo da influência de outros fenômenos difíceis de serem avaliados na Terra. Outra importante aplicação é a formação de ligas especiais, uma vez que com a eliminação da influência da densidade, pode-se obter uma liga de composição homogênea, formada por dois elementos que são imiscíveis sob ação da gravidade.

SEMICONDUTORES:  A capacidade de um material conduzir eletricidade é basicamente determinada pelas suas propriedades químicas e pela sua estrutura cristalina. Um material semicondutor com o mais perfeito arranjo cristalino nem sempre  possui as características necessárias para  a fabricação de um determinado dispositivo eletrônico mas, por meio da adição de pequenas quantidades de impurezas (dopantes), é possível mudar drasticamente as suas propriedades eletrônicas. Na Terra, durante a solidificação, a convecção interfere no arranjo da estrutura cristalina e também nas distribuições axial e radial dos dopantes  no cristal. Este problema também é verificado nas ligas semicondutoras intrínsecas, onde o balanço estequiométrico destes materiais é fortemente influenciado pela ação da gravidade. Em microgravidade é possível crescer semicondutores com  menos defeitos e com maior grau de homogeneidade na sua composição, melhorando com isto a performance dos dispositivos  eletrônicos. Os estudos realizados em metais e ligas também podem ser aplicados nos materiais semicondutores.

VIDROS E CERÂMICAS: Os vidros e os materiais cerâmicos podem apresentar, sob certas circunstâncias, melhores propriedades que os metais. Em aplicações que envolvem altas temperaturas ou choques térmicos, como nos concretos refratários usados na fabricação de fornos, resistências elétricas (carbeto de silício) e de cadinhos (quartzo e alumina), usados em crescimento de cristais, os materiais cerâmicos conseguem em geral manter a neutralidade química e a estabilidade de suas propriedades mecânicas. Estas características também são importantes  nos componentes cerâmicos utilizados em motores, turbinas e dispositivos termoelétricos. Tanto os vidros como os materiais cerâmicos podem trincar sob a  ação de uma tensão devido a presença de pequenas falhas formadas durante o seu processamento. Realizando experiências em microgravidade, espera-se poder determinar e controlar os fatores que provocam o surgimento destas falhas.

POLÍMEROS:  São macromoléculas orgânicas que podem interagir com a eletricidade e a luz por processos não usuais, e serão em breve aplicados nos sistemas de comunicação e informática. As propriedades dos polímeros podem ser alteradas por meio da manipulação da ligação entre as moléculas individuais do material. Em microgravidade, sem os efeitos da sedimentação e convecção, é possível crescer cristais poliméricos de maiores dimensões e também permitir estudar, de uma maneira mais sistemática,  a influência de variáveis como temperatura, gradientes constitucionais e tamanho das unidades poliméricas nos mecanismos de crescimento.