Métodos da Ciência e Engenharia de Materiais

Métodos da Ciência e Engenharia de Materiais

O programa de Doutorado em Ciências Exatas e Tecnológicas iniciará suas atividades com uma única área de concentração: Métodos da Ciência e Engenharia de Materiais. Essa área de concentração fundamenta-se pela integração de pesquisas com foco no desenvolvimento, na aplicação e na compreensão dos métodos teóricos, computacionais e experimentais empregados na Ciência e Engenharia de Materiais.

Considerando o aspecto intrinsicamente multidisciplinar da área de Materiais, são delineados três eixos articuladores da área de concentração que, aliados, formam as principais ferramentas para o estudo de fenômenos naturais e em particular da Ciência dos Materiais:

                                                         i.            Métodos Matemáticos em Ciência de Materiais,

                                                       ii.            Métodos Computacionais em Ciência de Materiais,

                                                      iii.            Métodos Experimentais em Ciência de Materiais.

O eixo de Métodos Matemáticos  visa o desenvolvimento das ferramentas matemáticas e de modelos teóricos empregados em Ciência de Materiais, tendo como objetivo a determinação analítica a partir de primeiros princípios de propriedades físicas e químicas de materiais. Neste sentido, este eixo aplica e desenvolve conceitos da Física Teórica Contemporânea, tais como Mecânica Estatística, Teoria de Campos (Clássicos e Quânticos) e Sistemas Dinâmicos na construção de uma base sólida para os pressupostos fundamentais da Ciência de Materiais. Este eixo também se dedica ao desenvolvimento do instrumental matemático adequado à descrição de fenômenos e à dedução propriedades não só no nível atômico-molecular, mas também de seus resultados envolvendo outras escalas de tamanho.

O eixo Métodos Computacionais  orienta-se para a construção e utilização de algoritmos, códigos computacionais, técnicas de computação científica e computação de alto desempenho para modelagem e simulação computacional determinística e probabilística de fenômenos associados a ciência e engenharia de Materiais. Neste eixo, o desenvolvimento e a aplicação de algoritmos computacionais visa predizer e explorar conexões fundamentais entre estrutura, propriedades, comportamento e composição de um material. Neste sentido, as ferramentas computacionais buscam obter soluções numéricas confiáveis para problemas tais como determinação da estrutura mecânica e eletrônica de materiais, de transporte de partículas, processos difusivos-convectivos-reativos, processos de transferência de calor e massa, escoamento de fluidos e outros fenômenos em diferentes escalas. Tais técnicas de simulação computacional são hoje uma ferramenta essencial no estudo teórico de sistemas moleculares e de materiais, possibilitando a elucidação de estrutura e estabilidade de sistemas, além de auxiliarem a desenvolver estratégias para sínteses apropriadas. Vale notar que tais técnicas de simulação computacional consistem numa eixo fundamental num curso de Materiais, tanto para o desenvolvimento de pesquisas especificas em áreas estritamente teóricas quanto para o apoio nas análises de resultados experimentais.

O eixo de Métodos Experimentais orienta-se para a aplicação de técnicas experimentais visando sintetizar, caracterizar e modificar materiais; tais como metais, não metais, polímeros, cerâmicos, compósitos e nanomateriais buscando a melhoria das suas propriedades físicas, químicas, elétricas, magnéticas, óticas e mecânicas. Para esta finalidade, se lança mão de técnicas tais como Difratometria, Espectroscopia, Termometria e Microscopia, possibilitadas não só pelo instrumental científico a disposição no programa, mas também da instrumentação a disposição em outros centros de pesquisas com os quais o programa mantém colaboração. Outro foco de investigação deste eixo inclui a sintetização e a caracterização de biomoléculas e compostos bioativos, visando à compreensão de suas propriedades funcionais e do mecanismo de ação desses compostos, a verificação de sua biocompatibilidade e de sua toxicidade orgânica. Neste aspecto, o eixo também se dedica ao desenvolvimento e aperfeiçoamento de técnicas de análise de materiais e moléculas, e ao desenvolvimento de novas tecnologias para materiais, em termos de aplicação, eficiência e ensaios da qualidade.

A articulação entre estes três eixos expressa na conhecida relação Teoria-Simulação-Experimentação é assegurada diretamente na concepção de base do programa e também por meio de pesquisadores que atuam em dois ou mais destes eixos. É importante notar, que a área de concentração, enquanto focada na Ciência de Materiais, favorece a prática multidisciplinar, especialmente manifestada por meio das trocas teóricas e metodológicas de diferentes áreas do conhecimento (Materiais, Física, Química, e Engenharia) aplicadas nas pesquisas em Ciência de Materiais e a convergência das disciplinas envolvidas. Esta convergência fornece os subsídios necessários para a geração de novos conceitos e métodos visando à compreensão de fenômenos complexos típicos dos problemas atuais da Ciência atual e em particular da área de Materiais, permitindo aos alunos uma sólida formação nos aspectos fundamentais da área de Ciência de Materiais sem desconsiderar a possibilidade de uma formação mais específica.