Moldar o futuro das Nanociências para enfrentar os desafios Societais e Industriais

O i3N – Instituto de Nanoestruturas, Nanomodelação e Nanofabricação – é um centro de investigação de ponta em Portugal e tem um histórico de envolvimento em projetos colaborativos com empresas líderes no setor, promovendo um relacionamento que combina experiência e excelência académica com os desafios do mundo atual. Aborda questões prementes, impulsionando a inovação tecnológica e contribuindo para o desenvolvimento sustentável que é uma prioridade nacional e internacional.

I3N é uma parceria entre duas unidades de investigação – o CENIMAT (Centro de Investigação de Materiais da Universidade Nova de Lisboa) e o FSCOSD (Física de Semicondutores, Optoelectrónica e Sistemas Desordenados da Universidade de Aveiro) e obteve o estatuto de Laboratório Associado em 2006. Os membros do i3N são físicos, engenheiros de materiais e químicos e fazem do instituto uma unidade multidisciplinar na área dos novos materiais, nanotecnologias e nanociências. O i3N congrega os pontos fortes destas duas instituições e desenvolve investigação e formação de nível mundial nas áreas principais da sua investigação, das quais de destacam a micro e nanofabricação, sistemas de energia limpa e verde, engenharia de nanomateriais e interfaces funcionais e dispositivos e sistemas biomédicos.

Os pontos fortes combinados de uma equipa que trabalha de forma colaborativa contribuem para que no final se alcance um resultado maior do que a soma das contribuições individuais. A Nanociência e a Nanotecnologia em forte relação com os Materiais Funcionais Avançados estão na vanguarda da pesquisa moderna. A economia em rápido crescimento exige especialistas com conhecimentos excecionais nestas áreas, em combinação com as competências necessárias para aplicá-los em novos produtos. O objetivo principal do i3N é avançar na descoberta, desenvolvimento e inovação de nanotecnologias e formar as futuras gerações para o meio académico e para a indústria.

Através das múltiplas competências dos seus membros, o instituto tem vindo a concretizar uma série de projetos de investigação destinados a desenvolver novos materiais e nanotecnologias para as mais variadas aplicações em protótipos industriais. Estes projetos têm abrangido áreas diversas que vão desde novos materiais e eletrónica flexível à energia e aplicações biomédicas.

Fig. 1. a) Ilustração de dois tipos de geometrias para aprisionamento de luz em células solares de silício ou
perovskite. Tais esquemas óticos permitem diminuir a espessura do material absorsor e, ao mesmo tempo,
melhorar a fotocorrente e eficiência das células (ver perfil de foto-geração em b). c) Representação de microestruturas fotónicas formadas por litografia coloidal na superfície de um revestimento encapsulante, que
possibilitam super-hidrofobicidade, ou seja, a repulsão das gotas de àgua e, como tal, uma função útil de autolimpeza das células.

Nanomateriais para produção e armazenamento energético

Na área de Energia o i3N está a gerir 11 projetos em curso, nomeadamente 3 Europeus (EMERGE, SYNERGY, BRIGHT), 4 nacionais IC&DT(Flex-Solar, SpaceFlex, CO2RED, Paperovskite) e 4 PRRs (NGS, M- -ECO2, ILLIANCE, R2U), num total de 12.3 M€ atualmente em execução. A esta lista entrarão em breve três novos projetos Europeus, com início em Maio de 2024: X-STREAM (ERC Consolidator), BURST (Horizon EU) e SolarWay (Marie Curie), que adicionarão mais ~2.5 M€ ao valor anterior, perfazendo assim um total de quase 15 M€ para a investigação de novas soluções energéticas.

De entre vários conceitos inovadores em exploração que o i3N tem vindo a apostar, um exemplo é o desenvolvimento de tecnologia de gestão de luz para melhoria da conversão fotovoltaica. Neste tópico, nano/micro-estruturas fotónicas com tamanhos comparáveis aos comprimentos de onda da luz solar têm-se revelado as soluções preferenciais para melhorar a eficiência de células solares através de aprisionamento de luz.

Aqui, os desenvolvimentos experimentais têm sido guiados por modelos computacionais avançados e algoritmos de busca inteligente, que têm permitido encontrar os parâmetros ótimos para aplicação no contacto frontal de diferentes tipos de células de filme fino (potencialmente flexíveis), por exemplo baseadas em silício e/ou perovskite (ver Fig. 1). Desta forma, foram obtidas diferentes arquiteturas fotónicas de células, demonstrando melhoras de >100% na fotocorrente gerada. Os resultados têm revelado também que as vantagens da aplicação de estruturação fotónica não estão só limitadas a ganhos óticos, mas também possibilitam outros benefícios importantes tais como ganhos elétricos, devido a melhorias nos contatos transparentes, e melhor desempenho em condições externas devido a um encapsulamento avançado dos dispositivos que pode até conferir propriedades de autolimpeza dos mesmos.

Nas quase 2 décadas de existência, o i3N teve uma produção científica muito significativa e um vasto reconhecimento mundial resultado de uma rede internacional de excelência com a academia e a indústria e com colaborações internacionais em mais de 51 países. O i3N tem feito um esforço continuado na captação de verbas competitivas, com sucesso, que tem permitido nos últimos anos um investimento relevante quer ao nível da modernização das infraestruturas e equipamentos, quer na consolidação de recursos humanos, onde atualmente trabalham mais de 100 investigadores.

A excelência científica dos seus membros permitiu que 11 bolsas do European Research Council (ERC) tenham sido já atribuídas a alguns dos seus investigadores, representando uma fatia considerável do seu financiamento para além do prestígio inerente daí resultante. Estes e outros projetos permitem que o i3N continue focado em contribuir para o desenvolvimento futuro de novos materiais e alcançar soluções sustentáveis para a indústria.

Participação do i3N no Plano de Recuperação e Resiliência nacional (PRR)

O i3N está envolvido em várias agendas do PRR e reforçou a sua colaboração com as empresas nacionais e internacionais em diferentes sectores económicos. A título de exemplo destacam-se as agendas em que o i3N tem participação: StonebyPortugal (Solancis), Bio Economia Azul (AMORIM), NGS – New Generation Storage (DST Solar), M-ECO2 (PRIO), Glass Net R2U Technologies (DST), Fossil 2 Forest (NAVIGATOR), BE.Neutral (NOS), Illiance (BOSCH).

“Nas quase 2 décadas de existência, o i3N teve uma produção científica muito significativa e um vasto
reconhecimento mundial, resultado de uma rede internacional de excelência com a academia e a indústria e com colaborações internacionais em mais de 51 países.”

A agenda Illiance tem como objetivos maiores contribuir para a transição digital e climática, melhorar a competitividade dos processos industriais, preparar a transição energética através da eletrificação e do hidrogénio, melhorar a gestão energética de edifícios e melhoria do conforto, saúde, bem-estar e seguranças das pessoas e bens. O i3N tem uma participação de destaque em diferentes projetos:

  • Bombas de calor (Bosch): para o desenvolvimento de Bombas de calor, pretendendo-se aqui desenvolver um sistema ótico para testes secos de fugas em componentes de bombas de calor, perspetivando-se uma redução da pegada ecológica destes equipamentos.
  • Combustão de H2 (Bosch): Pretende-se desenvolver um sistema integrado baseado em processo óticos capaz de quantificar em tempo real a existência e densidade de defeitos em superfícies pintadas.
  • Plataforma multissensorial para equipamentos sanitários (OLI): pretende-se que este desenvolvimento traga uma forma inovadora de monitorização de sinais vitais, dados antropométricos e doenças do trato urinário e intestinal.
  • Sensores para habitações (MAXIPLAS): pretende-se desenvolve painéis táteis para estimulação de hábitos e rotinas mais sustentáveis no contexto doméstico.
  • Materiais compósitos (AMORIM): usar as potencialidades da cortiça no desenvolvimento de coberturas/isolamentos de tanques de hidrogénio nas redes de distribuição.
  • Equipamentos passivos (WEBER, Saint Gobain): através do desenvolvimento de novos materiais pretende-se melhorar a performance térmica e eficiência energética dos edifícios.
  • Pastas otimizadas para pavimento espesso com elevada incorporação de resíduos (REVIGRÉS): contribuir para incorporação de materiais reciclados, otimização das propriedades de superfície em materiais cerâmicos usados na construção de pavimentos com elevada espessura. O i3N atua em grandes sectores de mercado como as TIC, energia, automóvel, aeronáutica, saúde, papel, polímeros, têxtil, sendo muitas destas áreas estratégicas para o país.

Após 18 anos, o i3N alcançou com sucesso uma posição de liderança nacional e internacional, onde é pioneiro em inovar na área das refinarias solares, energia fotovoltaica, eletrónica flexível e transparente, eletrónica de papel e na área das plataformas sustentáveis para a bio deteção. Este reconhecimento traz notoriedade internacional a nível científico e contribui para o i3N ser um dos principais institutos de investigação na área da ciência dos materiais e nanotecnologias em Portugal.

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