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Introdução O intuito desse trabalho é denotar a importância de materiais

quem vem sendo pesquisados desde o século XIX a fim de explorar suas propriedades e melhorar o avanço no campo científico.

Para entendermos a estrutura macroscópica de um material devemos estudá–la em nível atômico e molecular.

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Tópicos Cristais-líquidos

Polímeros

Biomateriais

Cerâmica

Fenômeno da Supercondutividade

Filmes finos

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Cristais-Líquidos O que são?

Cristal-líquido é um material cuja estrutura apresenta ordenação intermediária entre o sólido e o líquido e assim também se comportam as forças intermoleculares.

Características:

O cristal-líquido apresenta propriedades tanto de sólido (ordem) quanto de líquido (fluidez ).

Exemplo: o benzoato de colesterila acima de 179C é transparente. Entre 145C e 179C é leitoso e possui comportamento líquido- cristalino.

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Cristais-Líquidos

Benzoato de colesterila acima de 179°C (fase líquida )

Benzoato de colesterila entre 145°C e 179°C (aspecto leitoso, fase líquida-cristalina )

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Cristais-Líquidos Tipos de fases líquidas-cristalinas

• Líquido normal: Apresenta suas moléculas orientadas aleatoriamente. • As moléculas de cristal-líquido normalmente são longas na forma de

tubos. • Há três tipos de fase cristalina líquida dependendo da ordenação:

– cristais-líquidos nemáticos (os menos ordenados): ordenados apenas

na direção do eixo longo da molécula;

– cristais-líquidos esméticos: ordenados na direção do eixo longo da molécula e em uma outra dimensão;

– cristais-líquidos colestéricos: ordenados em camadas, conforme uma espiral (os mais ordenados).

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Cristais-Líquidos

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Cristais-Líquidos Cristais-líquidos esméticos: normalmente contêm ligações

C=N ou N=N e anéis de benzeno.

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Cristais-Líquidos

Cristais-líquidos colestéricos: baseados na estrutura do colesterol:

As moléculas em camadas são orientadas em ângulo característico em relação ao das camadas adjacentes para evitar interações repulsivas.

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Cristais-Líquidos Utilidade :

Os cristais-líquidos são utilizados como sensores de pressão e temperatura, e como visores de televisão, notebooks, palm tops, celulares, calculadoras etc...

São utilizados em tais dispositivos pois as fracas interações intermoleculares características dos cristais-líquidos os tornam sensíveis a variações de temperatura, pressão e campos magnéticos.

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Cristais-Líquidos

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Polímeros O que são ?

• Os polímeros são moléculas gigantescas, constituídas de muitas moléculas menores.

• As unidades constituintes dos polímeros são denominadas monômeros.

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

• Características:

• Existem inúmeros polímeros e cada um apresenta propriedades e estruturas que são importantes para a utilização no dia a dia.

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Polímeros

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Polímeros

Formação: Polímeros por adição:

Um dieno conjugado é somado inúmeras vezes até formar uma estrutura de tamanho maior.

Exemplo: polietileno, formado a partir da junção de várias moléculas de etileno.

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Polímeros Podemos escrever a equação da reação de polimerização

por adição como segue:

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Polímeros Polímeros por condensação:

Quando dois monômeros se unem formando uma molécula maior e eliminando uma molécula menor, como por exemplo a água.

Exemplo de polimerização por condensação: a formação do náilon.

Obs: Polímeros formados a partir de monômeros diferentes são denominados copolímeros

N

H

H H O C

O

+ N

H

C

O

H O H+

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Polímeros Tipos:

Elastômero: material que é de alguma forma elástico. Se uma quantidade moderada de força deformante é adicionada, o elastômero retornará à sua forma original. Útil para fibras.

Plástico: Materiais que podem ser fabricados em vários formatos, geralmente por aplicação de calor e pressão. - Termoplástico: materiais que podem ser moldados mais de

uma vez.

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

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Polímeros Curiosidade:

Plásticos reciclados: Observando a base de um recipiente de plástico reciclado, notaremos o número e a abreviatura correspondente ao polímero formador do material.

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Polímeros Estruturas e propriedades físicas dos polímeros

Segmento de cadeia do polietileno

A cadeia não está em linha reta (geometria tetraédrica) Liberdade dos átomos para realizar “giro” (C-C) A flexibilidade nas cadeias poliméricas fazem com que os materiais poliméricos sejam muito flexíveis.

Grau de cristalinidade é a quantificação da ordenação em um polímero.

O estiramento ou o encolhimento de um polímero pode aumentar sua cristalinidade.

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Polímeros

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Biomateriais O que são?

Os biomateriais são quaisquer materiais que têm aplicações biomédicas.

Exemplo: materiais utilizados na obturação de dentes e lentes de contato.

Características:

-Biocompatibilidade: Deve ser capaz de se integrar facilmente ao

organismo sem reações inflamatórias. Exigências físicas: -Os biomateriais devem ser criados para um ambiente específico. -Os materiais devem ser flexíveis e resistentes ao desgaste. As válvulas cardíacas artificiais devem abrir e fechar de 70 a 80 vezes por minuto.

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Biomateriais Exigências químicas:

• Os biomateriais devem ser de grau médico.

• Os polímeros são biomateriais muito importantes.

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Biomateriais • Biomateriais poliméricos:

• Biomateriais naturais são os polímeros de açúcares e nucleotídeos.

• Esses polímeros são poliaminoácidos.

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Biomateriais Exemplos de aplicações dos biomateriais:

- Substituição e reparos cardíacos;

Válvula cardíaca bifolicular.

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Biomateriais - Implantes vasculares;

Implante vascular de DraconTM

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Biomateriais - Tecido artificial;

• A pele artificial, que cresce em laboratório, é utilizada para o tratamento de pacientes com extensa perda de pele.

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Biomateriais Substituições de bacia;

• Uma bola metálica, feita com uma liga de cobalto e cromo, é normalmente utilizada nas substituições de bacias.

• Esta liga é fixada a uma liga de titânio e cimentada com a utilização de um polímero termocurado resistente.

• O acetábulo, que acomoda o fêmur, é revestido com uma camada de polietileno.

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Cerâmicas O que são?

Cerâmicas são materiais inorgânicos, sólidos e não metálicos processados em altas temperaturas.

( Keramus, ou seja, coisa queimada )

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Cerâmicas Tipos:

Cristalinas (formas definidas)

Não cristalinas (estruturas amorfas)

Apresentam estruturas com ligações covalentes, iônicas ou combinação de ambas (caráter misto: iônico-covalente )

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Cerâmicas

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Cerâmicas Características Gerais:

Propriedades Térmicas: Estáveis em altas temperaturas e condições severas

Propriedades Elétricas: Podem ser isolantes elétricos (alumina, vidro de sílica (SiO2), semicondutores: SiC, B4C e supercondutores ((La, Sr)2CuO4, TiBa2Ca3Cu4O11 )

Propriedades Mecânicas: duros, resistentes ao desgaste, resistentes a corrosões e frágeis, ou seja, não sofrem deformações plásticas.

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Cerâmicas Exemplos de Materiais Cerâmicos:

Cerâmicas Tradicionais: materiais de origem argilosa (louça, tijolos refratários, telhas)

Abrasivos

Cimentos

Vidros

Cerâmicas Avançadas: utilizadas em aplicações eletro-eletrônicos, térmicas, mecânicas, ópticas, químicas e biomédicas

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Cerâmicas Utilização:

Por terem tais propriedades, são utilizadas largamente na ciência. Os materiais cerâmicos são utilizados em componentes eletroeletrônicos, em aeronaves, mísseis e espaçonaves.

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Cerâmicas Ex:

Indústria aeroespacial: revestimento exterior de fibras amorfas de sílica de alta pureza (isolante térmico)

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Cerâmicas Indústria de Corte: utilizadas em máquinas criadas para

modelar e cortar ferro e ligas mais duras (alumina reforçada)

Principais materiais: Al2O3, TiC, TiN

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Cerâmicas Indústria Eletrônica: circuitos dos componentes criados à partir de substratos cerâmicos devido à semicondução

. Alguns materiais cerâmicos são piezoelétricos, ou seja, criam um potencial elétrico a partir de um esforço mecânico e com isso, são utilizados para controlar frequências em componentes eletroeletrônicos, relógios, geradores de ultrassom.

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Cerâmicas Por quê não são utilizadas em larga escala?

Frágeis e quebradiças

Difíceis de fabricar sem defeito

Alto custo de fabricação e confiabilidade do material

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Cerâmicas Processamento da Cerâmica:

Materiais cerâmicos, geram, aleatoriamente microfissuras

(lacunas) não detectáveis durante o processamento. Tais microfissuras são origens de rachaduras e quebras.

Processos:

Sinterização: aquecimento até altas temperaturas e em determinadas pressões a fim de que as partículas finas se unam.

Processo Sol-Gel: obtenção de uma rede de óxidos a partir de polimerizações inorgânicas. As partículas obtidas apresentam alta pureza e homogeneidade.

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Cerâmicas Compósitos Cerâmicos:

Mistura de dois ou mais materiais para a formação de um material mais resistente devido a uma melhor interação físico-química.

Método eficiente: adição de fibras (estrutura cujo raio é um no mínimo cem vezes menor que seu comprimento) cerâmicas ao material cerâmico.

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Supercondutividade O que é?

É a perda da resistência ao fluxo de uma corrente elétrica causada pelo abaixamento da temperatura específica. (Tc K)

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Supercondutividade

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Supercondutividade Enorme potencial econômico:

Economia de energia

Maior viabilidade em construções de aparatos tecnológicos que requerem grande quantidade de energia.

Efeito Meissner

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Supercondutividade

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Supercondutores Por que não são utilizados em larga escala?

Pois a supercondutividade é encontrada a partir de temperaturas baixíssimas, limitando seu uso.

Curiosidade: Em 1986, dois pesquisadores em um laboratório da IBM em Zurique descobriram um material supercondutor cuja temperatura crítica era acima de 90 K. A vantagem de ter material de tal temperatura é que o N2 se liquefaz a 77 K.

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Filmes Finos O que são?

São materiais de pequena espessura (0,1 µm a 300 µm) que cobrem determinados substratos.

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Filmes Finos Características:

Ser quimicamente estável,

Aderir bem à superfície,

Ser uniforme,

Ser puro,

Ter baixa densidade de imperfeições.

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Filmes Finos Uso de filmes finos:

Microeletrônica: condutores, resistores, capacitores

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Filmes Finos Óptica: revestimento de lentes a fim de reduzir a quantidade de

luz refletida a partir das superfícies das lentes.

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Filmes Finos Metais: revestimento em metais

Painéis solares de filmes finos

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Filmes Finos Processos de Fabricação:

Deposição a vácuo: o material é vaporizado ou evaporado em certa superfície,

Emissão: na qual uma alta voltagem gera átomos energéticos do material a ser depositado,

Deposição por vapor químico: ocorre uma reação química com a substância na fase de vapor em uma superfície, formando um revestimento estável e aderente.

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Filmes Finos

Emissão Nanofitas Camadas finas de diamante em um material

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Referências Bibliográficas Química - A Ciência Central - 9ª Edição , Autor: Brown / Lemay / Bursten

Editora: Pearson Education

http://74.125.47.132/search?q=cache:Cj_tDZk3mOsJ:matmec.files.wordpress.com/2008/08/cap13.ppt+Cer%C3%A2mica+Cristalina&cd=11&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=br

http://www.quimica.ufpr.br/gqm/processo%20sol-gel.htm

www.abmaco.org.br/compositos.cfm

http://www.seara.ufc.br/especiais/fisica/supercondutividade/supercondutividade2.htm

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