BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA TQ-064

Apresentação em tema: "BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA TQ-064"— Transcrição da apresentação:

1 BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA TQ-064
Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Depto de Engenharia Química Prof. Dr. Mário José Dallavalli BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA TQ-064

2 Interações atômicas básicas
Ligações entre átomos Iônicas Ligações eletrostáticas Covalentes Compartilhamento de elétrons Metálicas Fluído eletrônico ou gás Hidrogênio Interação iônica entre átomos ligados covalentemente Van Der Waals Pequenas assimetrias na distribuição de cargas do átomos que criam dipolos

3 Interações atômicas básicas
Cristais Organização Repetição 3 D de moléculas ou átomos Estruturas empacotadas Orientação e direções cristalinas Sistemas cristalinos

4 Propriedades dos Materiais
Falha nos materiais Fratura Deformação plástica Tensões e deformações críticas Fadiga, falha sobre condições cíclicas

5 Curva Tensão-Deformação
100 Carga (103N) Célula de Carga 50 Gage Length 1 2 3 4 5 Amostra Elongamento (mm) 250 500 Deformação,  (mm/mm) Tensão,  (MPa) 0.04 0.05 0.08 0.10 0.02 Normalização para eliminar influência da geometria da amostra Tração

6 Curva Tensão-Deformação (cont.)
500 0.004 0.005 0.008 0.010 0.002 Limite de escoamento Elástica Tensão,  (MPa) Plástica 250 fratura  0.04 0.05 0.08 0.10 0.02 Deformação, Є (mm/mm) Deformação, Є (mm/mm) Como não existe um limite claro entre as regiões elástica e plástica, define-se o Limite de escoamento, como a tensão que, após liberada, causa uma pequena deformação residual de 0.2%. O Módulo de Young, E, (ou módulo de elasticidade) é dado pela derivada da curva na região linear.

7 Propriedades Mecânicas dos Metais
Região elástica (deformação reversível) Região plástica (deformação quase toda irreversível) Módulo de Young ou módulo de elasticidade => (derivada da curva na região elástica (linear) Limite de escoamento (yield strength) => define a transição entre região elástica e plástica => tensão que, liberada, gera uma deformação residual de 0.2%. Limite de resistência (tensile strength) => tensão máxima na curva  de engenharia.

8 Propriedades Mecânicas dos Metais
Ductilidade => medida da deformabilidade do material Resiliência => medida da capacidade de absorver e devolver energia mecânica => área sob a região linear. Tenacidade (toughness) => medida da capacidade de absorver energia mecânica até a fratura=> área sob a curva até a fratura.

9 Propriedades Mecânicas dos Metais
Tensão σ = F/A = onde F é a carga e A é a seção reta da amostra Deformação ε = (L-L0)/L0 onde L é o comprimento para uma dada carga e L0 é o comprimento original A curva σ-ε pode ser dividida em duas regiões. Região elástica σ é proporcional a ε => σ = E.ε  - Lei de Hooke, onde E = módulo de Young A deformação é reversível. Ligações atômicas são alongadas mas não se rompem. Região plástica  σ não é linearmente proporcional a ε. A deformação é quase toda não reversível. Ligações atômicas são alongadas e se rompem. Outras grandezas Tensão de Cisalhamento σ = G . γ G = modulo de cisalhamento

10 Mecanismos de Aumento de Resistência
A deformação plástica depende diretamente do movimento das discordâncias. Quanto maior a facilidade de movimento, menos resistente é o material. Para aumentar a resistência, procura-se restringir o movimento das discordâncias. Os mecanismos básicos para isso são: Redução de tamanho de grão Solução sólida Deformação a frio (encruamento, trabalho a frio)

11 Propriedades da Superfície
Em Geral Superfícies são excepcionalmente reativas Superfícies são diferentes do volume Superfícies são prontamente contaminadas Superfície material-estrutura e móvel Podem mudar dependendo do meio

12 Propriedades da Superfície
Estruturas da Superfície e Características Dureza Átomos ou moléculas Ausência de homogeneidade Cristalinas ou desordenadas Hidrofobicidade (molheabilidade)

13 Propriedades da Superfície
Medidas de superfície Ângulo de contato - molheabilidade ESCA - Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (XPS) - Identificação de elementos e estado de ligações Auger Electron Spectroscopy SIMS - Secondary Ion Mass Spectrometry - Identificação de elementos em baixas conc. FTIR- Fourier Transform Infra Red - Orientação estrutural e química

14 Propriedades da Superfície
STM- Scanning Tunneling Microscopy Microscópio de Tunelamento SEM (Scanning Electron Microscopy) Microscópio Eletrônico de Varredura AFM (Atomic Force Microscopy) Microscópio de Força Atômica

15 Microscópio de Força Atômica distingue átomos de diferentes elementos
A identidade química de átomos individuais depositados sobre uma superfície pode ser determinada, graças a um novo microscópio de força atômica incrivelmente poderoso Isto significa que os cientistas agora podem olhar para um material misto e capturar átomos individuais de diferentes elementos sobre sua superfície, como o estanho e o silício. O avanço irá permitir aos pesquisadores entender a estruturação de materiais complexos e ajudá-los a projetar novos materiais com propriedades inusitadas. Microscópios de força atômica Microscópios de força atômica já são rotineiramente utilizados para visualizar átomos sobre superfícies e revelar como eles se organizam. Mas, até agora, eles não eram capazes de distinguir entre átomos de diferentes elementos químicos. Agora, a equipe do Dr. Yoshiaki Sugimoto, da Universidade de Osaka, Japão, descobriu uma forma de utilizar o microscópio de força atômica para produzir imagens que revelam a identidade química de átomos individuais sobre uma superfície.

16 Impressão digital atômica
Os átomos individuais de uma superfície atraem ou repelem a finíssima ponta em forma de pirâmide do microscópio de força atômica à medida em que ela se move acima deles, revelando sua presença. A intensidade dessa força depende da distância entre a ponta e o átomo. A relação entre força e distância é ligeiramente diferente para átomos de diferentes elementos, representando uma espécie de impressão digital para cada tipo de átomo. Os pesquisadores se aproveitaram desse fenômeno para distinguir entre átomos de chumbo, estanho e silício. Outros grupos de pesquisadores já foram capazes de tal façanha utilizando amostras resfriadas a temperaturas extremamente baixas. Compensando cuidadosamente a agitação que ocorre na amostra a temperaturas mais altas, o grupo de Sugimoto foi capaz de fazer o mesmo em temperatura ambiente, evitando a necessidade dos enormes equipamentos de criogenia.

17 Fim Ate a próxima aula