Supercondutores

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1. INTRODUÇÃO
Os materiais cerâmicos avançados são constituídos de elementos metálicos e não metálicos que na maior parte das vezes possuem ligações de natureza iônica. Normalmente são incluídos nessa classe óxidos, nitretos, carbonetos e carbonetos de alta pureza, possuem composição definida e tamanho, a forma e a distribuição de partículas são controladas. Devido à natureza de suas ligações químicas esses materiais são geralmente isolantes térmicos e elétricos. São utilizados pela humanidade desde os tempos neolíticos e até hoje têm uma grande importância, atuando em vários setores, como o automotivo, eletrônico, construção civil e aeroespacial. Atualmente as propriedades dos materiais cerâmicos é um ramo de grande interesse científico tendo em vista seu aproveitamento para o desenvolvimento de cerâmicas tecnológicas com propriedades inovadoras em áreas que envolvem catálise ambiental, saúde e agricultura.
Como dito estes materiais apresentam característica isolante, porém em 1964, começaram estudos sobre a possibilidade de supercondutores (são, basicamente, materiais que não oferecem resistência ao fluxo de eletricidade quando se encontram em baixíssimas temperaturas - SERWAY, 2011) orgânicos (à base de carbono), liderado por Bill Little, da Universidade de Stanford, nos EUA, O primeiro desses supercondutores teóricos foi sintetizado com sucesso em 1980, década de descobertas inigualáveis na área dos supercondutores. 
Porém somente em 1986, Alex Müller e Georg Bednorz, pesquisadores do Research Laboratory, na Suíça, sintetizaram um composto de cerâmico, constituído por lantânio, bário, cobre e oxigênio, com propriedades supercondutoras à uma temperatura de 30 k, a mais elevada na época. Posteriormente, estudos descobriram que a adição de uma pequena quantidade de chumbo como padrão de calibração conferiu uma supercondutividade a 58 K.
Com a descoberta sobre a possibilidade de certas cerâmicas possuírem propriedades supercondutoras, impulsionou diversos pesquisadores a estudar o tema, buscando temperaturas de transições (Tc), temperatura em que o material passa a possuir características supercondutoras, cada vez mais altas. 
Em 1987, uma equipe de pesquisa da Universidade de Alabama-Huntsville, nos EUA, conseguiu alcançar a temperatura de transição de 92 K, através da substituição de lantânio por lítio. Então, no ano de 1989, a atual ISCO International, dos EUA, foi a primeira empresa a investir em supercondutores de alta temperatura, próximo de 147 K.
Esses materiais possuem diversas aplicabilidades em sistemas elétricos, eletrônicos e em levitação magnética, pela sua capacidade de sob as condições apropriadas transportar corrente elétrica com resistência praticamente nula.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1. Principais características
Os supercondutores possuem duas principais características que são a resistividade praticamente nula e a capacidade dispersar um campo eletromagnético.
Para o estudo dos supercondutores é importante levar em consideração dois conceitos: corrente elétrica e resistividade elétrica. 
Os elétrons livres presentes em um material potencialmente condutor elétrico possui característica desordenada, esse fato não se deve a corrente elétrica, mas sim ao comportamento padrão desse tipo de material. A corrente elétrica é justamente o fluxo ordenado das cargas elétricas que se movem de forma orientada em um condutor sólido ou em soluções iônicas. Os elétrons estimulados a moverem-se pelo condutor geram a corrente elétrica pelo fato da diferença de potencial elétrico (DDP) estabilidade entre as extremidades do condutor. A corrente elétrica é a medida da rapidez com que os elétrons podem movimentar um determinado fluxo de carga elétrica através de um material.
Quanto a resistividade elétrica, ou resistência elétrica específica, diz respeito a oposição de um material ao fluxo de corrente elétrica. Quanto mais baixa for a resistividade mais facilmente o material permite a passagem de uma carga elétrica. (SERWAY, 2011).
A resistividade está relacionada às características do material, como suas impurezas e imperfeições da rede cristalina, ou ainda pelas vibrações térmicas, levando os elétrons que estavam seguindo de maneira ordenada pela corrente a saírem de seu estado de equilíbrio.
É natural que a resistividade de um material aumente com a temperatura e, consequentemente, há um aumento na sua resistência elétrica, causando uma diminuição na diferença de potencial elétrico que circula através desse material. Dessa forma, abaixando-se a temperatura de alguns materiais condutores para próximo do zero absoluto, é possível obter resistividades praticamente nulas, por conseguinte, resistências elétricas também praticamente nulas.
Como característica de um material supercondutor, quando resfriado, este tem sua resistividade decaindo normalmente, de forma gradativa, assim como um material comum. Contudo, ao atingir a temperatura próximo ao zero absoluto, a resistividade vai abruptamente a zero, assim passando ao seu estado supercondutor.
Gráfico 1 – Comportamento distinto de um supercondutor, em que a resistividade se anula abaixo de Tc
Temperatura de transição ou temperatura critica (Tc, como mostra o gráfico) é a temperatura em que o material passa para seu estado supercondutor e varia de acordo com as propriedades de cada material, a seguir uma tabela apresenta alguns exemplos.
	 
	Nb
	Pb
	Hg
	Sn
	Al
	Zn
	Tc (K)
	9,46
	7,18
	4,15
	3,72
	1,19
	0,88
	Tc (°C)
	-263,7
	-266
	-269
	-269,4
	-272
	-272,3
Para o alcance de temperaturas de transição mais elevadas, ligas metálicas e não metálicas aprimoradas ocasionam tal ocorrência, a tabela abaixo apresenta alguns supercondutores
	 
	Nb3Sn
	Nb3Ge
	YBa2Cu3O7
	Bi-Sr-Ca-Cu-O
	Tl-Ba-Ca-Cu-O
	HgBa2Ca2Cu3O8
	Tc (K)
	18,05
	23,2
	92
	105
	125
	134
	Tc (°C)
	-255,1
	-250
	-181,15
	-168,15
	-148,15
	-139,15
Desde o início do século XX a descoberta da supercondutividade de materiais vem sendo estudada, bem como sua temperatura crítica, a imagem abaixo mostra o processo de evolução dessa conquista.
No ano de 1933, Walther Meissner e Robert Ochsenfeld, observaram um outro aspecto dos materiais supercondutores, que é a capacidade de expelir completamente campos magnéticos de seu interior. Esse efeito foi batizado de efeito Meissner, ilustrado na figura a seguir. 
Figura 1: Repulsão das forças magnéticas na temperatura crítica (Tc)
Em realidade, o campo magnético é capaz de penetrar no material por uma característica chamada de Comprimento de Penetração de London, sendo assim o material supercondutor, não permite essa entrada de fluxo magnético, como um ímã, gerando assim a levitação da fonte magnética.
Vale lembrar que não é uma repulsão magnética de dois polos semelhantes. Para melhor entendimento a imagem abaixo mostra a distinção entre repulsão (eletrodinâmica), atração (eletromagnética) e a estabilidade das forças no caso dos supercondutores.
Figura 2: Forças repulsiva, atrativa e estável.
Figura 3: Demonstração do efeito Meissner.
Os supercondutores cerâmicos alcançam elevadas temperaturas críticas, o que os tornam viáveis para inúmeras possibilidades de aplicação prática. Os produtos cerâmicos com aspectos microestruturais que ao mesmo tempo aprisionam os fluxos magnéticos, impedindo a dissipação de energia causada pelo movimento desses fluxos, mas não perturbam significativamente o caminho livre para a corrente elétrica tornam possível a supercondutividade elétrica em altas temperaturas.
Referências
SERWAY, Raymond A. Física para cientistas e engenheiros, volume 3 : eletricidade e magnetismo. São Paulo : Cengage Learning, 2011.
L.A.A Pereira, J.R.R Bernardo e M.C.S Nóbrega, Caracterização Microestrutural de Cerâmicas Supercondutoras Produzidas pelo Processo de Texturização por Fusão – Programa de Engenharia Metalúrgica e Materiais, Santa Catarina, junho de 1999
DOS SANTOS, Everton, Mario Tomio MISUCOCHI FILHO, Mario, GALLI, Pedro Henrique, ANDRADE JUNIOR, Pedro, REIS, Elton Cerâmicas supercondutoras: características e aplicações – ETIC 2017 –Encontro
de Iniciação Científica
PADILHA, Angelo Fernando, Materiais de Engenharia Estruturas e Propriedades, Curitiba, Hemus Livraria, Distribuidora e Editora S.A, 2000.