materiais modernos lucas spínola martins 17098 lucas yoshio arai 17099 vinícius abrantes de souza...

Materiais ModernosMateriais Modernos

Lucas Spínola Martins 17098Lucas Spínola Martins 17098

Lucas Yoshio Arai 17099Lucas Yoshio Arai 17099

Vinícius Abrantes de Souza 17130Vinícius Abrantes de Souza 17130

““As propriedades macroscópicas observáveis dos materiais são o As propriedades macroscópicas observáveis dos materiais são o resultado das estruturas e processos em níveis atômico e resultado das estruturas e processos em níveis atômico e

molecular.”molecular.”

SumárioSumário

Cristais-líquidos;Cristais-líquidos; Polímeros;Polímeros; Biomateriais;Biomateriais; Cerâmicas;Cerâmicas; Supercondutividade;Supercondutividade; Filmes finos;Filmes finos; Referências bibliográficasReferências bibliográficas..

Cristais-líquidosCristais-líquidos

Descoberta feita pelo Descoberta feita pelo botânico Frederick botânico Frederick Reinitzer com o benzoato Reinitzer com o benzoato de colesterila;de colesterila;

É uma fase intermediária É uma fase intermediária entre a fase sólida e a fase entre a fase sólida e a fase líquida;líquida;

Possui características de Possui características de ambas as fases;ambas as fases;

Possui parte da estrutura Possui parte da estrutura dos sólidos e parte da dos sólidos e parte da liberdade de movimento liberdade de movimento dos líquidos;dos líquidos;

Normalmente são Normalmente são moléculas longas e no moléculas longas e no formato de tubos.formato de tubos. 1 2 3 4 5 6

Cristais-líquidosCristais-líquidos

Tipos de fases:Tipos de fases:

– Fase nemática Fase nemática (menos (menos ordenada);ordenada);

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Cristais-líquidosCristais-líquidos

Fase Fase esmética;esmética;

Cristais-líquidosCristais-líquidos

Fase colestérica Fase colestérica (mais ordenada).(mais ordenada).

Cristais-líquidosCristais-líquidos

Aplicações:Aplicações: Telas LCD de Telas LCD de

monitores, vídeo monitores, vídeo games, relógios e games, relógios e aparelhos eletrônicos aparelhos eletrônicos diversos, devido à sua diversos, devido à sua propriedade propriedade anisotrópica óptica.anisotrópica óptica.

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PolímerosPolímeros

O que são polímeros? O que são polímeros? São compostos formados São compostos formados

pela repetição constante de pela repetição constante de uma mesma molécula.uma mesma molécula.

As unidades constituintes As unidades constituintes dos polímeros são dos polímeros são denominadas monômeros.denominadas monômeros.

Exemplos: plásticos, DNA, Exemplos: plásticos, DNA, proteínas, borracha etc.proteínas, borracha etc.

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Tipos de polimerizaçãoTipos de polimerização

Polimerização por adiçãoPolimerização por adição

Formam polímeros com unidades Formam polímeros com unidades repetitivas de fórmula molecular idêntica repetitivas de fórmula molecular idêntica ao monômero de partida.ao monômero de partida.

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Ex.: Polimerização por adiçãoEx.: Polimerização por adição

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Tipos de polimerizaçãoTipos de polimerização

Polimerização por condensaçãoPolimerização por condensação

- Polimerização por condensação: as - Polimerização por condensação: as moléculas se unem por meio da eliminação moléculas se unem por meio da eliminação

de uma molécula pequena (por de uma molécula pequena (por exemplo, exemplo, a a água)água)

- Os polímeros formados a partir de dois - Os polímeros formados a partir de dois monômeros diferentes são chamados de monômeros diferentes são chamados de copolímeroscopolímeros

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Ex.: Polimerização por condensaçãoEx.: Polimerização por condensação

Ácido tereftálico Etileno glicolÁcido tereftálico Etileno glicol

Tereftalato de etileno - poliésterTereftalato de etileno - poliéster

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Tipos de polímerosTipos de polímeros

Plástico:Plástico: materiais que podem ser moldados. materiais que podem ser moldados. Termoplástico:Termoplástico: materiais que podem ser moldados mais materiais que podem ser moldados mais

de uma vez.de uma vez. Termocurado:Termocurado: materiais que podem ser moldados apenas materiais que podem ser moldados apenas

uma vez.uma vez. Elastômero:Elastômero: material que é de alguma forma elástico. Se material que é de alguma forma elástico. Se

uma quantidade moderada de força deformante é uma quantidade moderada de força deformante é adicionada, o elastômero retornará à sua forma original. adicionada, o elastômero retornará à sua forma original. Útil para fibras.Útil para fibras.

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Tipos de polímerosTipos de polímeros

Camisa de poliéster Camisa de poliéster (elastômero)(elastômero)

Sacolas (termoplástico)Sacolas (termoplástico)

Dentadura (termocurado)Dentadura (termocurado) 1 2 3 4 5 6

Estrutura e propriedades físicas dos polímerosEstrutura e propriedades físicas dos polímeros

Cadeias de polímeros tendem a ser flexíveis e facilmente entrelaçadas Cadeias de polímeros tendem a ser flexíveis e facilmente entrelaçadas ou cruzadas;ou cruzadas;

Grau de cristalinidade: é a fração de regiões organizadas em relação Grau de cristalinidade: é a fração de regiões organizadas em relação ao material todo;ao material todo;

O estiramento de um polímero pode aumentar o grau de cristalinidade.O estiramento de um polímero pode aumentar o grau de cristalinidade. O grau de cristalinidade também é determinado pela massa molecular O grau de cristalinidade também é determinado pela massa molecular

média. Ex.:média. Ex.:

– – polietileno de baixa densidade tem uma massa molecular média polietileno de baixa densidade tem uma massa molecular média na na faixa de 10.000 faixa de 10.000 u u (utilizado em pacotes plásticos);(utilizado em pacotes plásticos);

– – polietileno de alta densidade tem uma massa molecular média polietileno de alta densidade tem uma massa molecular média na na faixa de 1.000.000 faixa de 1.000.000 u u (utilizado em garrafas plásticas para leite).(utilizado em garrafas plásticas para leite).

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Estrutura e propriedades físicas dos polímerosEstrutura e propriedades físicas dos polímeros

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Polímeros com ligação cruzadaPolímeros com ligação cruzada

São ligações formadas entre as cadeias de polímeros São ligações formadas entre as cadeias de polímeros fazendo com que o polímero fique mais firme.fazendo com que o polímero fique mais firme.

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BiomateriaisBiomateriais

Materiais que possuem Materiais que possuem aplicação biomédica;aplicação biomédica;

Todo biomaterial deve ser Todo biomaterial deve ser biocompatível para não biocompatível para não desencadear reações desencadear reações imunológicas em nossos imunológicas em nossos organismos;organismos;

Devem atender a Devem atender a exigências físicas e exigências físicas e químicas.químicas.

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BiomateriaisBiomateriais

AplicaçõesAplicações– Substituições e reparos do coração;Substituições e reparos do coração;– Implantes vasculares;Implantes vasculares;– Tecidos artificiais;Tecidos artificiais;– Substituições de bacia.Substituições de bacia.

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BiomateriaisBiomateriais

Aorta real e aorta artificialAorta real e aorta artificial

Pele artificial de quitinaPele artificial de quitina

Exemplos de biomateriais Exemplos de biomateriais poliméricos:poliméricos:

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CerâmicasCerâmicas

Cerâmicas são materiais inorgânicos, sólidos, não-Cerâmicas são materiais inorgânicos, sólidos, não-metálicos, podendo ser cristalinas ou não-cristalinas. As metálicos, podendo ser cristalinas ou não-cristalinas. As nãonão--cristalinas incluem vidro e outros materiais com cristalinas incluem vidro e outros materiais com estrutura amorfa. Normalmente são duras, quebradiças e estrutura amorfa. Normalmente são duras, quebradiças e estáveis a temperaturas muito altas.estáveis a temperaturas muito altas.

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Processamento de cerâmicasProcessamento de cerâmicas

Geralmente Geralmente as cerâmicas desenvolvas cerâmicas desenvolvemem micmicrofissuras rofissuras aleatórias aleatórias não detectáveis durante o não detectáveis durante o processamentoprocessamento, que , que são a origem dsão a origem dee quebras e quebras e rachadurarachadurass..

Sinterização: é o aquecimento de partículas Sinterização: é o aquecimento de partículas uniformes muito puras (cerca de 1uniformes muito puras (cerca de 1 μμm em m em diâmetro) sob pressão para forçar a ligação das diâmetro) sob pressão para forçar a ligação das partículas.partículas.

Processo sol-gel: é um método importante para a Processo sol-gel: é um método importante para a formação de partículas uniformes puras.formação de partículas uniformes puras.

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Processo Processo sol-gelsol-gel

Metal Álcool Alcóxido metálicoMetal Álcool Alcóxido metálico

ÁlcóxidoÁlcóxido SolSol

O produto alcóxido, é dissolvido em um solvente alcoólico O produto alcóxido, é dissolvido em um solvente alcoólico apropriado.apropriado.

O Ti(OH)O Ti(OH)44 está presente nesse estágio como um sol, uma suspensão está presente nesse estágio como um sol, uma suspensão

de partículas extremamente pequenas.de partículas extremamente pequenas.

O gel é formado a partir da condensação do sol, apresentando uma O gel é formado a partir da condensação do sol, apresentando uma consistência de gelatina. Quando esse material é aquecido, todo o consistência de gelatina. Quando esse material é aquecido, todo o líquido é removido e o gel é convertido em pó de óxido.líquido é removido e o gel é convertido em pó de óxido.

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Compósitos cerâmicosCompósitos cerâmicos

• Compósitos: mistura complexa Compósitos: mistura complexa de dois ou mais materiais de dois ou mais materiais produzindo a cerâmica.produzindo a cerâmica.

• Resultado: cerâmica mais Resultado: cerâmica mais resistente.resistente.

• Método mais eficiente: adição Método mais eficiente: adição de fibras a um material de fibras a um material cerâmico.cerâmico.

• Por definição, uma fibra tem Por definição, uma fibra tem comprimento de no mínimo cem comprimento de no mínimo cem vezes seu diâmetro.vezes seu diâmetro.

• Exemplo: fibras de SiCExemplo: fibras de SiC (carbeto (carbeto de silício).de silício).

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Aplicações das cerâmicasAplicações das cerâmicas

• UsadaUsadass na indústria de instrumentos na indústria de instrumentos cortantes;cortantes;

• UsadaUsadass na indústria eletrônica (circuitos na indústria eletrônica (circuitos semicondutores integrados normalmente semicondutores integrados normalmente fabricados de alumina);fabricados de alumina);

• Materiais de piezoelétrica, usados em Materiais de piezoelétrica, usados em relógios e geradores ultrasônicos;relógios e geradores ultrasônicos;

• Ladrilhos usados na superfície externa de Ladrilhos usados na superfície externa de ônibus espaciais.ônibus espaciais.

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Aplicações das cerâmicasAplicações das cerâmicas

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SupercondutividadeSupercondutividade

Em 1911, o físico holandês Em 1911, o físico holandês H. Kamerlingh Onnes H. Kamerlingh Onnes descobriu que o mercúrio descobriu que o mercúrio quando é resfriado abaixo quando é resfriado abaixo de 4,2 K perde toda sua de 4,2 K perde toda sua resistência ao fluxo de resistência ao fluxo de elétrons;elétrons;

Teoria BCS (explica bem o Teoria BCS (explica bem o fenômeno mas ainda não fenômeno mas ainda não é satisfatória).é satisfatória).

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SupercondutoresSupercondutores

Tabela das temperaturas de transição da supercondutividadeTabela das temperaturas de transição da supercondutividade

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SupercondutoresSupercondutores

Aplicações:Aplicações: Incrível potencial econômico Incrível potencial econômico

para dispositivos elétricos;para dispositivos elétricos; Suporte para novas Suporte para novas

tecnologias de microchips;tecnologias de microchips; Efeito Meissner: construção Efeito Meissner: construção

de trens de alta velocidade de trens de alta velocidade (Transrapid de Xangai);(Transrapid de Xangai);

Geração de campos Geração de campos magnéticos intensos para o magnéticos intensos para o funcionamento de funcionamento de equipamentos médicos equipamentos médicos (IRM).(IRM).

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Filmes finosFilmes finos

• O termo O termo filmefilme finofino não tem definição precisa. Em não tem definição precisa. Em geral refere-se a filmes com espessura variando geral refere-se a filmes com espessura variando de 0,1 de 0,1 μm a aproximadamente 300 μm.μm a aproximadamente 300 μm.

• Para um filme fino ser útil, ele deve possuir todas Para um filme fino ser útil, ele deve possuir todas ou a maioria das seguintes propriedades:ou a maioria das seguintes propriedades:

ser quimicamente estável;ser quimicamente estável; aderir bem à superfície;aderir bem à superfície; ser uniforme;ser uniforme; ser puro;ser puro; ter baixa densidade de imperfeições.ter baixa densidade de imperfeições.

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Usos de filmes finosUsos de filmes finos

• Microeletrônica Microeletrônica (condutores, resistores e (condutores, resistores e capacitores);capacitores);

• Revestimentos óRevestimentos óppticos ticos (para reduzir a reflexão de (para reduzir a reflexão de uma lente);uma lente);

• Revestimentos de Revestimentos de proteção para metais;proteção para metais;

• Aumento de resistência de Aumento de resistência de ferramentas;ferramentas;

• Redução de arranhões em Redução de arranhões em vidros.vidros.

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Fabricação de filmes finosFabricação de filmes finos

Deposição à vácuo: o filme fino é aquecido Deposição à vácuo: o filme fino é aquecido em uma câmara de alto vácuo. As em uma câmara de alto vácuo. As moléculas vaporizadas se deslocam em moléculas vaporizadas se deslocam em linha reta para o ponto de deposição e a linha reta para o ponto de deposição e a uniformidade é obtida ao girar a peça.uniformidade é obtida ao girar a peça.

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EmissãoEmissão

Alta voltagem aplicada Alta voltagem aplicada através do gás, resulta através do gás, resulta na ionização;na ionização;

Os íons são Os íons são acelerados no sentido acelerados no sentido do alvo carregado do alvo carregado negativamente, negativamente, chocando-se com os chocando-se com os átomos de metal da átomos de metal da superfície.superfície.

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Decomposição de vapor químicoDecomposição de vapor químico

A superfície é revestida com um composto A superfície é revestida com um composto volátil a uma temperatura alta.volátil a uma temperatura alta.

Sobre a superfície, o composto sofre uma Sobre a superfície, o composto sofre uma reação química para formar um reação química para formar um revestimento estávelrevestimento estável..

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Referências bibliográficasReferências bibliográficas

Química: A Ciência Central – Brown, LeMay, Química: A Ciência Central – Brown, LeMay, Bursten – 9ª edição;Bursten – 9ª edição;

http://images.google.com.br/;http://images.google.com.br/; http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/

polimeros.html;polimeros.html; http://www.seara.ufc.br/especiais/fisica/http://www.seara.ufc.br/especiais/fisica/

supercondutividade/supercondutividade/supercondutividade.htm.supercondutividade.htm.