View
2.679
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
01/52
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.
02/52
Tópicos Cristais-líquidos
Polímeros
Biomateriais
Cerâmica
Fenômeno da Supercondutividade
Filmes finos
03/52
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.
04/52
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 )
05/52
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).
06/52
Cristais-Líquidos
07/52
Cristais-Líquidos Cristais-líquidos esméticos: normalmente contêm ligações
C=N ou N=N e anéis de benzeno.
08/52
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.
09/52
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.
10/52
Cristais-Líquidos
11/52
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.
12/52
Polímeros
13/52
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.
14/52
Polímeros Podemos escrever a equação da reação de polimerização
por adição como segue:
15/52
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+
16/52
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.
17/52
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.
18/52
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.
19/52
Polímeros
20/52
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.
21/52
Biomateriais Exigências químicas:
• Os biomateriais devem ser de grau médico.
• Os polímeros são biomateriais muito importantes.
22/52
Biomateriais • Biomateriais poliméricos:
• Biomateriais naturais são os polímeros de açúcares e nucleotídeos.
• Esses polímeros são poliaminoácidos.
23/52
Biomateriais Exemplos de aplicações dos biomateriais:
- Substituição e reparos cardíacos;
Válvula cardíaca bifolicular.
24/52
Biomateriais - Implantes vasculares;
Implante vascular de DraconTM
25/52
Biomateriais - Tecido artificial;
• A pele artificial, que cresce em laboratório, é utilizada para o tratamento de pacientes com extensa perda de pele.
26/52
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.
27/52
Cerâmicas O que são?
Cerâmicas são materiais inorgânicos, sólidos e não metálicos processados em altas temperaturas.
( Keramus, ou seja, coisa queimada )
28/52
Cerâmicas Tipos:
Cristalinas (formas definidas)
Não cristalinas (estruturas amorfas)
Apresentam estruturas com ligações covalentes, iônicas ou combinação de ambas (caráter misto: iônico-covalente )
29/52
Cerâmicas
30/52
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.
31/52
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
32/52
Cerâmicas Utilização:
Por terem tais propriedades, são utilizadas largamente na ciência. Os materiais cerâmicos são utilizados em componentes eletroeletrônicos, em aeronaves, mísseis e espaçonaves.
33/52
Cerâmicas Ex:
Indústria aeroespacial: revestimento exterior de fibras amorfas de sílica de alta pureza (isolante térmico)
34/52
Cerâmicas Indústria de Corte: utilizadas em máquinas criadas para
modelar e cortar ferro e ligas mais duras (alumina reforçada)
Principais materiais: Al2O3, TiC, TiN
35/52
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.
36/52
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
37/52
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.
38/52
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.
39/52
Supercondutividade O que é?
É a perda da resistência ao fluxo de uma corrente elétrica causada pelo abaixamento da temperatura específica. (Tc K)
40/52
Supercondutividade
41/52
Supercondutividade Enorme potencial econômico:
Economia de energia
Maior viabilidade em construções de aparatos tecnológicos que requerem grande quantidade de energia.
Efeito Meissner
42/52
Supercondutividade
43/52
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.
44/52
Filmes Finos O que são?
São materiais de pequena espessura (0,1 µm a 300 µm) que cobrem determinados substratos.
45/52
Filmes Finos Características:
Ser quimicamente estável,
Aderir bem à superfície,
Ser uniforme,
Ser puro,
Ter baixa densidade de imperfeições.
46/52
Filmes Finos Uso de filmes finos:
Microeletrônica: condutores, resistores, capacitores
47/52
Filmes Finos Óptica: revestimento de lentes a fim de reduzir a quantidade de
luz refletida a partir das superfícies das lentes.
48/52
Filmes Finos Metais: revestimento em metais
Painéis solares de filmes finos
49/52
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.
50/52
Filmes Finos
Emissão Nanofitas Camadas finas de diamante em um material
51/52
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
52/52
Recommended