Máquina ferramenta de precisão eletrônica: a fonte de radiação

“Toda maquinaria desenvolvida consiste de três partes essencialmente distintas: o motor, a trans- missão e a máquina-ferramenta ou máquina de trabalho” (MARX, 1996, p. 425).

O sistema manufatureiro (século XVIII), fundado sobre o aper- feiçoamento do trabalho, e o sistema de máquina da grande indústria moderna (século XIX), baseado no aperfeiçoamento dos instrumentos de trabalho, constituem historicamente o ponto de partida para o entendi- mento da forma de produção científica laboratorial como uma produção fundada no objeto sobre o qual se trabalha (CAMPANA, 2006).

E a máquina ferramenta de precisão eletrônica é o elemento que permite distinguir a forma de produção científica laboratorial como uma produção fundada sobre o objeto sobre o qual se trabalha. Trata-se da fonte de radiação (ver Quadro 3, anterior): o filamento de tungstênio de um MEV (Foto 15), ou o monocristal de tungstênio de um MEV-FEG (Foto 16), ou, ainda, o hexaboreto de lantânio de um MET, dependo do tipo do equipamento.

O filamento de tungstênio vem sendo a fonte mais utilizada nos últimos 50 anos na maioria dos microscópios eletrônicos devido ao bai- xo custo e ao bom desempenho (Foto 15, a seguir).

Foto 15 – Micrografia eletrônica de filamento de tungstênio de MEV

Fonte: Disponíveis em < http://pt.scribd.com/doc/88798642/Lista-de-MEV-e- MET >. 11 de abril de 2012. Acesso em 2 abr. 2013.

Em aplicações cujo brilho da fonte não seja necessário ou se de- seje um feixe bastante estável, como é o caso da microanálise, o uso desse filamento é a melhor opção. A durabilidade de um filamento de tungstênio, quando sob razoável vácuo, é de 30 a 100 horas.68

Já a fonte do MEV-FEG apresenta maior brilho e não evapora. Trata-se de um monocristal de tungstênio na forma de um fio com uma ponta extremamente fina (Foto 15, a seguir).

68 _{Informações disponíveis em < http://pt.scribd.com/doc/88798642/Lista-de-MEV-e-MET >.} 11 de abril de 2012. Acesso em 2 abr. 2013.

Foto 16 – Micrografia eletrônica da ponta de um MEV-FEG

Fonte: Disponíveis em < http://pt.scribd.com/doc/88798642/Lista-de-MEV-e- MET >. 11 de abril de 2012. Acesso em 2 abr. 2013.

Como a ponta do filamento é muito fina, cerca de 100 nm ou menos, o campo elétrico fica extremamente alto. Como resultado tem-se uma grande emissão de elétrons e, dessa forma, uma elevada densidade de corrente. No entanto, é preciso elevado vácuo para que funcione.

O MEV-FEG produz excelentes imagens, como resultado da maior corrente e do menor tamanho do feixe eletrônico, entretanto, de- vido a menor estabilidade do feixe eletrônico, não se adequam para o uso em microanálise.69

“Em termos de resolução, um MEV convencional atinge de 20 mil a 80 mil vezes. Com a fonte FEG, pode-se atingir de 300 mil a 500 mil vezes, afirma Moreira70” (SIMAS, 2010), a exemplo da Foto 17, a seguir, que mostra um tipo de imagem gerada no monitor pelo MEV- FEG do LCME. Outras imagens produzidas por esse equipamento se encontram no Anexo 2.

69

Informações disponíveis em < http://pt.scribd.com/doc/88798642/Lista-de-MEV-e-MET >. 11 de abril de 2012. Acesso em 2 abr. 2013.

70 _{Marcelo Moreira, pesquisador do Centro de Tecnologia de Processos e Produtos (CTPP) do} Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) do Estado de SP.

Foto 17 – Um tipo de imagem gerada pelo MEV-FEG do LCME, que é observada pelo usuário

Fonte: Reis (2010).

Por último, o MET é a técnica mais poderosa para a observação direta de estruturas, formando imagens em níveis atômicos. A fonte de emissão de elétrons é termoiônica, sendo em muitos aspectos mais com- plexa que as fontes de emissão por efeito campo (MEV-FEG).71

Por isso que o MET possui um poder de aumento útil de até um milhão de vezes e uma resolução, com espécimes biológicas, de cerca de 2 nm. Para tanto, as amostras biológicas precisam ser recobertas (por meio das chamadas ‘técnicas de constrastação’) com metais pesados, como o ouro, o ósmio, urânio e chumbo (HOMRICH et al, s.d.) para

71 _{ANTÔNIO, Marco. Microscopia eletrônica de transmissão. 12 de março de 2011. p.1-4.} Disponível em < http://www.ebah.com.br/content/ABAAABqWAAF/microscopia-eletronica- transmissao >. Arquivo inserido por Marco Antônio, do curso de engenharia de materiais da UFSCAR. Acesso em 2 abr. 2013.

que se tornem condutoras. Algumas imagens geradas pelo MET se en- contram no Anexo 2.

A diferença entre o MET 200 e o MET 100, ambos Microscópios existentes no LCME, foi explicada - durante a observação em campo – como estando relacionada ao alto poder de vácuo, à sensibilidade e in- tensidade do feixe que passa por dentro dos elementos do primeiro em relação ao segundo equipamento.

Devido a isso é que para o MET 200 não é muito comum usar ou é muito difícil de serem preparadas amostras biológicas, pois se de- monstram frágeis e não-homogêneas. No caso de amostras materiais, quando é feito um furo (cujos detalhes estão mais à frente) na amostra e analisada a ponta ou borda desse furo da amostra, pressupõe-se que em tese ela é homogênea, e que a ponta vai revelar o tipo do material pre- sente na amostra/matéria observada.

O uso do MET 100 ou MET 200 apesar de avançado, impõe al- gumas limitações:

 amostragem: paga-se um “alto preço” por uma imagem de alta resolução, onde se vê somente uma parte muito pequena da a- mostra, porque, em geral, quanto maior a resolução, menor pre- cisa ser a amostragem;

 preparação de amostras: esta é a maior limitação do MET. As amostras devem ser suficientemente finas, na ordem de nanô- metros ou menos, para que a intensidade de feixe que a atraves- sa consiga gerar uma imagem interpretável. O processo para preparar tais amostras pode afetar sua estrutura e composição;  imagens 2D: a imagem obtida é uma média através da espessura

da amostra. Portanto, é necessário tomar cuidado na interpreta- ção da imagem, pois ela é bidimensional enquanto a amostra es- tá em três dimensões;

 danos causados pelo feixe de elétrons: o feixe de elétrons fun- ciona como uma radiação ionizante, danificando a amostra, es- pecialmente se ela for cerâmica ou polímeros. 72

Comparativamente, as limitações do MEV e do MEV-FEG são menores, inclusive produzem imagens em terceira dimensão, entretanto,

72 _{ANTÔNIO, Marco. Microscopia eletrônica de transmissão. 12 de março de 2011. p.1-4.} Disponível em < http://www.ebah.com.br/content/ABAAABqWAAF/microscopia-eletronica- transmissao >. Arquivo inserido por Marco Antônio, do curso de engenharia de materiais da UFSCAR. Acesso em 2 abr. 2013.

a preparação de amostras se revela parte crucial do processo, evidencia- se delicada e trabalhosa.

Não obstante, como será visto no item a seguir, não é a existência dessas peculiaridades nos equipamentos que irá determinar como ou quais elementos deverão ser analisados. Os microscópios eletrônicos possuem diferenças e importâncias significativas, mas, é surpreende- mente o elemento simples a ser analisado, ou seja, o objeto, que requere- rá tais e tais equipamentos, aparelhos e técnicas para sua caracterização completa, e que inclusive é o seu processo de elaboração/feitura que determinará uma visualização de imagem bem-sucedida. A própria cria- ção de novos tipos de microscópios é uma decorrência do estudo dos elementos mais simples constitutivos da matéria.

***

Os procedimentos, processos, equipamentos e instrumentos com que trabalhavam o técnico-mecânico da manufatura e o engenheiro da grande indústria moderna reaparecem na máquina ferramenta de preci- são eletrônica de modo muito geral, embora muitas vezes de forma mo- dificada, pois esta não é norteada à forma exterior do objeto, que visa imprimir uma forma exterior adequada à matéria utilizada, através de princípios clássicos, mas à forma interior do objeto: o processo - com- portando os conhecimentos clássicos e quânticos - é feito de operações que visam o conhecimento e a alteração da estrutura interna da matéria. Donde vai revelando-se, descobrindo-se que o “fazer nanométrico”, em si, não comporta somente a explicação de princípios clássicos, mas, essencialmente, de princípios quânticos.

A máquina ferramenta de precisão eletrônica é mais ou menos uma edição de máquina ferramenta da grande indústria e da máquina ferramenta manufatureira, porque na forma do primeiro (isto é, da má- quina ferramenta de precisão eletrônica) reconhecem-se as segundas, além de se reconhecer o próprio microscópio óptico, mas a forma atual dessa máquina ferramenta, que integra o microscópio de precisão ele- trônica, apresenta modificações técnicas substanciais, como visto anteri- ormente, apesar de os princípios clássicos (ou da física aplicada) que movimentam os órgãos ativos implantados na armação do microscópio de precisão eletrônica já sejam conhecidos, tais como a mecânica, a termodinâmica, o eletromagnetismo, a ondulatória, a ótica e a acústica, dentre outros campos do conhecimento.

E são essas modificações substanciais que implicam novos espa- ços físicos, sociais, institucionais e conhecimentos especializados, bem como novas relações sociais.

Devido a isso é que os quatro microscópios eletrônicos do LC- ME-UFSC (MET 100, MET 200, MEV-FEG, MEV) e mais o Confocal requerem salas individualizadas, possuindo áreas que vão desde 9 a 27 m2 aproximadamente, o que chega a ultrapassar o conforto do tamanho da sala dos servidores técnicos (de cerca de 15 m2, atualmente), na oca- sião da observação, compartilhada entre cinco servidores técnicos e mais dois bolsistas, com uso de baias/gabinetes individualizadas/os. Tais salas (com exceção da sala dos técnicos) são protegidas acusticamente, tanto nas paredes como no piso, além de serem permanentemente man- tidas a baixas temperaturas.

No caso do MET 200, por exemplo, até mesmo a fala humana interfere nas lentes e na amostra que está sendo analisada (visto se saber que a onda, a partícula, sofrem a interferência de elementos externos) e por isso todo o cuidado é empreendido quando se está operando esse microscópio. Contudo, por ocasião da observação empreendida, foi constatada a dificuldade de se operar os equipamentos em virtude do barulho de uma serra elétrica provindo do prédio ao lado que estava sendo construído (o Centro de Biologia Molecular Estrutural - CEBI- ME), de modo que as observações durante o período tornavam-se inú- teis, pois “tudo tremia”.

Quanto à limpeza desses ambientes, realizada por uma funcioná- ria terceirizada, necessita ser feita diariamente, com um pano “quase seco” pelo chão, sendo que em duas salas a limpeza só pode ser feita com aspirador de pó, pois é preciso evitar que a umidade oxide determi- nados componentes. Quanto à limpeza dos materiais e dos microscópios, é feita pelos servidores técnicos. Portanto, evidenciou-se que os conhe- cimentos básicos requeridos para se atuar nesse ambiente já se colocam como uma barreira para quem não está familiarizado e ciente do funcio- namento desses equipamentos.

Foi informado que a diária para o conserto/manutenção de um microscópio eletrônico do LCME é de cerca de R$ 4.000,00. Em termos anuais a manutenção dos equipamentos gira em torno de R$ 250.000,00, e isso porque três microscópios ainda estavam na garantia - na ocasião da observação73.

73 _{Relato informal de técnicos, em 23 de junho de 2010. Sobre a manutenção do fornecimento} de energia desses microscópios, documento da PRPe, possivelmente de 2012, traz o registro de investimento para o LCME de um Nobreak de 225 kVA, no valor de R$ 202.404,00, e de um “Grupo Gerador a diesel de 230 kVA para alimentar as cargas críticas do LCME”, no valor de

À luz de sua manutenção (específica, fundamental e num valor caro em termos individuais), os microscópios são extremamente sensí- veis e caros - e mesmo alguns aparelhos de preparação de amostra, co- mo o Dimple -, sendo manipulados unicamente pelos servidores técni- cos, pois muitas pessoas mexendo, e sem boa experiência, possivelmen- te acarretará que estraguem em algum componente.

A máquina ferramenta de precisão eletrônica é essencialmente oriunda de uma produção que comporta não só os conhecimentos clássi- cos da física e química, mas considera os conhecimentos quânticos: é um sistema que, ao lhe ser transmitidas força motriz e transmissão apro- priadas, age, sobre o objeto, obtendo o conhecimento de sua estrutura em escala nanométrica - o que antes, e dentro do limite de não se conhe- cer a estrutura interna da matéria, era realizado pela incursão da máqui- na ferramenta embasada somente em princípios da física clássica.

O fato de a força motriz (ou mesmo as partes componentes de transmissão) prover de um sistema cujos princípios firmados sejam clássicos não muda a essência desse processo produtivo. O fato é que quando a produção baseada nos conhecimentos clássicos incide sobre a forma exterior do objeto, alterando-o, ao ponto de evidenciar seus pró- prios limites em explicar os elementos componentes da matéria constitu- tivos ao objeto, os conhecimentos quânticos historicamente tomam o lugar junto aos conhecimentos clássicos. A diferença, então, quanto ao modo de agir no objeto, salta aos olhos, mesmo quando a produção da força motriz e de transmissão opera mediante os princípios clássicos, aumentando sua produtividade e reduzindo seus custos.

Por isso, independentemente do avanço decorrente dos princípios clássicos em relação à máquina ferramenta da grande indústria que ope- ra o objeto (por exemplo, na sua velocidade), seu raio de ação passa a ser limitado, pois se visa sempre a forma exterior do objeto. O fazer nanométrico a respeito do objeto, que comporta conhecimentos quânti- cos, se emancipa desse modo da barreira orgânica que a máquina ferra- menta de transformação da forma exterior do objeto, de incursão clássi- ca, não podia ultrapassar.