097004-A

Estrutura e Propriedades de Sólidos

Prof. Dr. Maycon Motta

Grupo de Supercondutividade e

Magnetismo

São Carlos-SP, Brasil, 2016

Prof. Dr. Maycon Motta

E-mail: m.motta@df.ufscar.br Site: www.gsm.ufscar.br/mmotta Moodle (ava): a verificar; • Informações sobre o curso; • Listas e exercícios; • Trabalhos; • Material de Apoio.

Lista de e-mails: Envie um e-mail com o assunto: EPS – 2016.

Sala no Departamento de Física

Horário de Atendimento

Terça-Feira

16h - 18h

Objetivos da disciplina

• Dar as noções básicas das diferentes estruturas de materiais, abordando de maneira fundamental, as características essenciais de metais, polímeros, cerâmicas e compósitos, associando cada estrutura com as propriedades típicas de cada um deles;

• Mostrar os fenômenos físicos da mecânica dos fluidos, oscilações, ondas e termodinâmica elementar, necessários para caracterizar as propriedades dos materiais sólidos;

• Propiciar aos alunos, a oportunidade de desenvolver raciocínio crítico em relação ao conteúdo proposto;

• Fazer com que ao final da disciplina, o aluno tenha pleno conhecimento dos conceitos básicos e teórico-experimentais, que relacionam estrutura cristalina com as propriedades físicas dos materiais.

Tópicos

• Noções avançadas de ligações químicas em sólidos e aplicações;

• Bandas de energia e suas aplicações em diferentes sólidos;

• Propriedades térmicas e eletrônicas; • Diferentes materiais;

• Semicondutores, cerâmicas, nanoestruturas, supercondutores

e materiais magnéticos;

• Aplicações em dispositivos e sistemas;

• Soluções de problemas reais nesses tópicos.

Objetivos específicos

o Apresentar aos estudantes a aplicação de conceitos já

vistos em Física do Estado Sólido em diferentes classes

de materiais;

o Discutir alguns modelos avançados que permitem

descrever as propriedades elásticas, térmicas e

elétricas e magnéticas dos sólidos cristalinos;

o Apresentar as tendências atuais no desenvolvimento

de novas tecnologias e novos materiais.

Mais informações

• CALLISTER JR., W. D.; Materials Science and Engineering - An Introduction, John Wiley & Sons,Inc., New York, 1991;

• KITTEL, C.; Introdução à Física do Estado Sólido, LTC Editora, São Paulo, 2007;

• SMITH, W. F.; Foundations of Materials Science and Engineering, McGraw-Hill,Inc., New York, 1993;

• OMAR, M. A.; Elementary Solid State Physics, Addison-Wesley, Addison Wesley, 1975.

Calendário Previsto Legenda: Outubro: 14, 17, 21, 24, 28, 31 preto: exercícios Novembro: 7, 11, 14, 18, 21, 25, 28 vermelho: aulas Dezembro: 2, 5, 9, 12, 16, 19 amarelo: Semana da Física Janeiro: 2, 6, 9, 13, 16, 20, 23, 27, 30 verde: apresentação/defesa Dezembro: 3, 6, 10, 13, 18 cinza: reposição/problema

Livros recomendados:

1. Ligações químicas, estrutura e bandas de energia: diferentes materiais; 2. Materiais e suas propriedades.

Avaliação e desenvolvimento da disciplina

Avaliação = 0,5 . Listas/Trabalhos + 0.5 . Monografia/Apresentação

• Listas de exercícios/problemas e Trabalhos: ATENÇÃO: Aceitas SOMENTE nas datas combinadas! • Monografia/Apresentação: Dezembro: apresentação de tópicos específicos e escolha dos temas; Dezembro/Janeiro: proposição de problemas, pesquisa e suas soluções em sistemas baseados em materiais sólidos: 1. Equipes de 03 estudantes (máximo);

2. problemas serão propostos para cada equipe, abordando o conhecimento já adquirido em Materiais, Estado Sólido e outras disciplinas do curso; 3. cada equipe terá 20-40 minutos para apresentar sua abordagem: descrição do problema, importância, aplicação, apelo tecnológico, soluções desenvolvidas, custos, mercado e projeções. Estes dados serão expostos de forma oral e também será apresentada uma monografia (entregue IMEDIATAMENTE antes da apresentação oral);

4. A presença é obrigatória. Caso haja alguma falta injustificada, isso será descontado da nota final do estudante.

Avaliação e desenvolvimento da disciplina

• Prova Substitutiva: Sobre toda a matéria e poderá ser realizada para substituir a média obtida nas listas de exercícios.

• Avaliação Complementar:

Será composta de uma prova abrangendo todo o conteúdo do curso sendo realizada em data a ser definida. A nota final obtida pelo estudante será usada para computar a nota final.

Exemplo de exercício da lista de exercícios

Exemplo 1) Os cristais estão entre as estruturas mais simétricas na natureza. Na descrição clássica, os sólidos possuem ordem de longo alcance e periodicidade, que são fundamentais para o entendimento do comportamento dos níveis de energia dos elétrons. Além dos modelos estudados em Física do Estado Sólido, uma aproximação possível para compreender o comportamento dos níveis eletrônicos em sólidos é o modelo de Krönig-Penney. Nesse modelo, os potenciais atômicos são tratados como poços quadrados e finitos. Mostre que esse modelo também resulta na formação das bandas de energia e discuta suas propriedades.

Exemplo 2) Nanotecnologia e nanociência são áreas que vem se expandindo muito nos últimos anos. Um exemplo clássico das mudanças das propriedades em diferentes escalas é o ouro que apresenta ponto de fusão em 1063°C, mas na forma de nanopartículas pode apresentar um ponto de fusão até 500°C menor. Por que há essa enorme diferença?

Exemplo de um tópico para a monografia

A geração de energia é um tema atual e relevante para a manutenção de nossa sociedade. Uma empresa que atuar no desenvolvimento de células solares que possam ter uma eficiência otimizada a um custo razoável. Há materiais alternativos para isso? É possível melhorar as células de silício atuais?

Exemplo de um tópico para a monografia

O domínio da agricultura foi um passo muito importante para o desenvolvimento da nossa sociedade. Atualmente, para uma boa colheita, as lavouras necessitam de aspersões regulares de defensivos e fertilizantes. Como sensores de estado sólido podem se aplicados para resolver este problema? Quais os tipos de sensores de estado sólido que podem ser desenvolvidos e como integrá-los?

Fim da apresentação da disciplina