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Grupo Disciplinar de

Materiais e Tecnologias de Produção

I Jornadas Técnico-Científicas IPVC 10 e 11 de maio 2017

Recursos humanos

Professor Coordenador – 100% Doutorados

Carlos Rodrigues Ciência e Engenharia de Materiais

Professores Adjuntos – 100% Doutorados

Arlete Carvalho Ciência e Engenharia de Materiais

António Labrincha Ciência e Engenharia de Materiais

Eduarda Lima Ciência e Engenharia de Materiais

João Abrantes Ciência e Engenharia de Materiais

Manuel Ribeiro Ciência e Engenharia de Materiais

Recursos humanos

Professores Adjuntos Convidados – 77%

Adélio Cavadas Engenharia Mecânica

António Santos Lima(tempo parcial 30%)

Engenharia Mecânica

Equiparada a Professora Adjunta

Rosa Venâncio Engenharia Cerâmica e do Vidro

Equiparado a Assistente 2º Triénio

Jorge Teixeira Arquitetura

UIDM – Unidade de Investigação & Desenvolvimento em Materiais

• 3 Linhas de Investigação

- Linha 1 - Materiais e Energia

- Linha 2 - Materiais e Ambiente

- Linha 3 - Design e Desenvolvimento de Materiais

• 10 Laboratórios

- Propriedades elétricas

- Análise estrutural e microestrutural

- Análises térmicas

- Ensaios mecânicos

- Processos térmicos

- Tecnologia

- Metalografia

- Atelier de cerâmica

- Química


Linhas de Investigação

• Linha 1 - Materiais e Energia

- As questões energéticas constituem uma grande preocupação da atualidade, sendo por isso uma

grande aposta como área de investigação preferencial

- Principais aplicações em estudo:

- As pilhas de combustível, através das propriedades eletroquímicas dos materiais conseguem

converter a energia química dos combustíveis (hidrogénio, por exemplo) em energia elétrica,

com elevada eficiência (>80% em sistemas de co-geração), sem qualquer emissão poluente;

- Acumulação de energia térmica em materiais de mudança de fase (PCMs). Estes materiais

apresentam elevadas densidades de energia térmica acumulado, pois, além do calor sensível,

tiram partido do calor latente de fusão.



• Linha 2 - Materiais e Ambiente

- A incorporação de resíduos industriais em novos produtos ou em produtos tradicionais, pode

tornar-se uma das soluções mais interessantes , quer do ponto de vista ambiental (não utilização de

aterro, redução do uso de recursos naturais, etc.), quer do ponto de vista económico (redução dos

custos globais da matéria prima, custos de transporte e deposição em aterro, etc.).

- Esta linha de investigação avalia a capacidade de incorporação e inertização de diferentes resíduos,

ricos em metais pesados e elementos de transição, em matrizes cerâmicas de diferentes tipos

(pigmentos de elevada temperatura, cerâmicos tradicionais, novos produtos, etc.).


• Linha 3 - Design e Desenvolvimento de Materiais

- A otimização das variáveis de processamento dos materiais é um dos objetivos desta linha de

investigação

- Utilização de novos processos de processamento aditivo, prototipagem e fabrico rápido (impressão

3D)

- A adaptação de técnicas e materiais a produtos resultado de projetos de design inovadores,

constitui um dos desafios da atualidade para a Ciência dos Materiais, estando esta linha de

investigação particularmente empenhada nesta função


UIDM - Laboratório Tecnológico

• Tecnologias de processamento de diferentes tipos de materiais, nomeadamente:

- Atomizações

- Extrusões

- Enchimentos por barbotina

- Diluições, secagens e cozeduras.

• Equipamentos relevantes:

- Moínhos

- Filtroprensa

- Extrusora com vácuo

- Atomizador

- Fornos elétricos e a gás

UIDM - Laboratório de Análises Térmicas


- Análise Térmica diferencial

e gravimétrica

- Análise Térmica

dilatométrica

• Caracterização do comportamento térmico dos materiais (Tmáx=1400⁰C)

• Determinação de:

• Temperaturas e entalpia de reação

• Perda de peso em função da temperatura

• Coeficiente de dilatação

UIDM - Laboratório de Ensaios Mecânicos

• Realização de ensaios mecânicos:

• Tração

• Compressão

• Flexão.

• Determinação de:

• Tensão de cedência

• Tensão de fratura

• Módulo de Young

• Ductilidade

• Etc.

UIDM - Laboratório de Propriedades Elétricas

• Caracterização elétrica e eletroquímica dos

materiais

– espectroscopia de impedâncias

– medidas de condutividade a.c.

– medidas de condutividade d.c.

– medidas de condutividade iónica e

eletrónica em condutores mistos.

• Condições de trabalho

– Variação de temperatura (da temperatura

ambiente até 1350°C)

– Variação da pressão parcial de oxigénio

(condições ambiente até 10-20 Pa)

UIDM - Laboratório de Análise Estrutural e Microestrutural


– microscópio eletrónico de varrimento (SEM)

• dotado com análise elementar por

espectroscopia de dispersão de energia (EDS)

– difractómetro de raios X

• Que permite a análise qualitativa e quantitativa

das estruturas cristalinas dos materiais

UIDM - Atelier de Cerâmica

• Conceção e desenvolvimento de peças cerâmicas

• Apoio a projectos da área de Design e Artes Aplicadas

• Formação/workshop Decoração e Modelação

Cerâmica

UIDM – Iniciação à investigação

• Todos os meios laboratoriais da UIDM

estão disponíveis para a utilização pelos

alunos dos diferentes níveis de ensino.

• Os relatórios nas diferentes UCs são

elaborados mediante um template em

forma de artigo científico.

• É ensinado a forma correta de

utilização/citação de fontes bibliográficas.

Produção Científica

Evolução anual do número de publicações da UIDM

Fonte : Web of Science, consulta em 24 de Abril de 2017


Evolução anual do número citações de publicações da UIDM



Distribuição das publicações da UIDM por áreas científicas


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

MATERIALS SCIENCE

CHEMISTRY

PHYSICS

ELECTROCHEMISTRY

ENGINEERING

THERMODYNAMICS

ENERGY FUELS

MINERALOGY

MECHANICS

INSTRUMENTS INSTRUMENTATION

Produção Científica da UIDM no IPVC

Número anual de publicações IPVC - Áreas com mais de 10 ocorrências


• O grupo de Materiais e Tecnologias de Produção tem cerca de:

• 3% dos docentes do IPVC• 20% da produção cientifica (ISI)

Arbitragem científica

• Solid State Ionic, Elsevier;

• Journal of the European Ceramic Society, Elsevier;

• Sensors and Actuators B: Chemical, Elsevier;

• Journal of Solid State Electrochemistry, Applied Research andDevelopment in Science and Technology, Springer;

• Electrochemical and Solid-State Letters (ESL), The ElectrochemicalSociety, Inc.

• Ionics, International Journal of Ionics, Springer;

• Materials Science Forum, Trans Tech Publications Inc., Publishers in Science and Engineering;

• Journal of Alloys and Compounds, Elsevier.

• International Journal of Hydrogen Energy, Elsevier

• Ceramics International, Elsevier

• Etc.

Outras

• Artigos

• SCI 126

• Atas 33

• Internacionais 12

• Nacionais 12

• Comunicações 112

• Patentes 12

• Orientação (grau concluído)

• Mestrados 9

• Doutoramentos 3

• Pós-Doc 1

• Intercâmbio internacional 7

• Júris académicos

• Mestrado 28

• Doutoramento 11

Prestação de serviços

Projetos

Projetos

1993 - Materiais de Eléctrodo para Aplicações Tecnológicas de CondutoresProtónicos, Programa STRIDE (STRD/CTM/664/92), 1993-1995.

1997 - Sensores Resistivos de Oxigénio à Base de Filmes de Sr(Ti,Fe)O3, FCT, ProjectoPRAXIS/3/3.1/MMA/1760/95, 1997-1999.

1999 - Membranas para Separação Selectiva de Oxigénio, FCT, ProjectoPRAXIS/C/CTM/1470/98 1999 - 2001.

1999 - Optimização das condições de processamento de materiais argilosos usados naconcepção de filtros para purificação de água e remoção de metais pesados,contrato PRAXIS / P / CTM / 11295 / 1998 (de Setembro/99 a Julho/02).

2000 - Membro da rede Optimisation of Solid State Electrochemical Processes ForHydrocarbon Oxidation, European Scientific Foundation , 2000 - 2005.

2001 - Propriedades de transporte e aplicações electroquímicas de nanomateriais àbase de céria, FCT, POCTI/CTM/39381/2001, 2005-2006.

Projetos

2005 - Desenvolvimento de novos condutores com condução por iões intersticiaispara separação de oxigénio e conversão de hidrocarbonetos, FCT,POCI/CTM/59197/2004, 2005-2007.

2005 - Desenvolvimento de novos condutores com condução por iões intersticiaispara separação de oxigénio e conversão de hidrocarbonetos, FCT,POCI/CTM/59197/2004, 2005-2007.

2005 - Novas Membranas Cerâmicas para Produção de Gás de Síntese, FCT,POCI/CTM/58570/2004, 2005-2007.

2005 - Estudo de argamassas funcionais para uma construção sustentável, FCT,PTDC/ECM/72104/2006, 2008-2011.

2007 - Development of novel inorganic pigments from industrial wastes",PTDC/CTM/72318/2006, com início em Outubro de 2007 e fim em Setembrode 2009

2012 - Proyecto VT – Vehículos de Transferencia Tecnológica, Programa Operacionalde Cooperação Transfronteiriça Espanha – Portugal, 2012-2013.

Projetos

2013 - Compósitos celulares à base de materiais de mudança de fase com elevadacondutividade térmica e estabilização de forma, FCT, PTDC/CTM-ENE/2073/2012, 2013 – 2015.

2013 - Desenvolvimento de novos covos para apanha marítima, Projeto PROMAR n.º31-04-01-FEP-0216, 2013-2014.

2015 - FreeMarkWare - Cerâmica utilitária de elevada resistência ao metal marking,financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) atravésdo COMPETE – Programa Operacional Fatores de Competitividade (POFC), cominício em Julho de 2013 e fim em Junho de 2015.

2016 - Desenvolvimento de revestimentos hidráulicos geopoliméricos de baixaenergia a partir de resíduos sólidos industriais para aplicação no controlepassivo da qualidade do ar interior do ambiente construído, FCT/CAPES,Cooperação Transnacional - Acordos Bilaterais, com início em Março de 2016.

Projetos - Thermics

Compósitos celulares à base de materiais de mudança de fase com elevada condutividade

térmica e estabilização de forma

FCT - PTDC/CTM-ENE/2073/2012

Projetos - Thermics

Objetivos

• Superar as limitações dos materiais de mudança de fase (PCM) para:

- Armazenamento de calor/frio

• Desenvolver métodos versáteis e económicos para processar e utilizar os materiais em aplicações representativas como:

- Águas quentes sanitárias

- Climatização

Projetos - Thermics

Celulares Parafina/grafite Cerâmicos Celulares

Evoluções do Thermics

• Funcionalização de cerâmicos celulares para aplicação em:• catalise;• filtração;• Conversão de energia;• etc.

A - Kaolin B - Red Clay

Evoluções do Thermics

Monolitos de Alumina

(Sinterização a 1555°C, 2h)~ 60-70 % porosidade

Precursores

Al(NO3)3.9H2ONaHCO3

Tratamento Hidrotermal

Autoclave40% H2O

190 °C for 19 h

Lavagem

Imersões em água desionizada para remover resíduos

Secagem

100 °C

Processo de funcionalização

Evoluções do ThermicsProcesso de funcionalização

A formação de fibras corresponde ao

crescimento de boehmite (-AlOOH)

durante o tratamento térmico.

Projetos - FreeMarkWare

Cerâmica utilitária de elevada resistência ao risco metálico

FEDER/COMPETE – POFC Projeto nº 33981

O problema • Marcas metálicas provocadas

pela utilização de um utensílio metálico sobre uma superfície cerâmica e de difícil remoção

• Essas marcas assemelham-se a “riscos de lápis” e denominam-se normalmente como “metal marking”


• Desenvolver e otimizar sistemas (vidrados/filmes) de revestimentos de louça utilitária com elevada resistência ao metal marking

• Otimizar processos de aplicação de vidrados e filmes finos

• Implementar e validar metodologias de caracterização da resistência ao metal marking (padronização dos ensaios)

Objetivos

Período de realização do Projeto: julho de 2013 a junho de 2015


Pasta

VidradoAltura de vidrado

Superfície

Avaliação das microestruturas superficiais dos vidrados


Avaliação das zonas com evidência de MM


Principais resultados

380 µm

Vidrado Pasta

Agulhas

Avaliação da interface vidrado/pasta porosidade, etc.

Projetos - Condutividade da fronteira de grão do CGO

• O CGO é um eletrólito sólido adequado para utilizar em pilhas de combustível de temperatura intermédia

• Contudo, as suas fronteiras de grão resistivas afetam a condutividade nesta gama de temperaturas, devido à segregação de impurezas

O problema

Objetivo• Explorar o conceito de limpeza das fronteiras de grão através da criação de

microestruturas núcleo-concha

Espectroscopia de Impedâncias


0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600

-Z''

* A

/L (W

.m)

Z' * A/L (W.m)

0Si200 C

Qb

Rb

Qgb

Rgb

02fg fg fgf


-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

1.5 2 2.5 3

log

(T.W

m/K

)

1000/T (K-1)

Gd-rich

CGO

Ce-rich

-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.5 2 2.5 3

log

(T.W

m/K

)

1000/T (K-1)

Gd-rich

CGO

Ce-rich

-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5

log

(T.W

m/K

)

1000/T (K-1)

Gd-rich

CGO

Ce-rich

1150ºC 1400ºC 1500ºC

Aumento da temperatura de sinterização

Condutividade específica da fronteira de grão

Obrigado

http://uidm.estg.ipvc.pt

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