Capítulo 12 Materiais Modernos

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1 Capítulo 12 Materiais Modernos
Alunos : Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Professor: Élcio Rogério Barrak 01/52

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Renan Bosso Médes 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

3 Tópicos Cristais-líquidos Polímeros Biomateriais Cerâmica
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Tópicos Cristais-líquidos Polímeros Biomateriais Cerâmica Fenômeno da Supercondutividade Filmes finos 03/52

4 Cristais-Líquidos O que são?
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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 179C é transparente. Entre 145C e 179C é leitoso e possui comportamento líquido- cristalino. 04/52

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Renan Bosso Médes 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

6 Cristais-Líquidos Tipos de fases líquidas-cristalinas
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

7 Cristais-Líquidos 07/52 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes Cristais-Líquidos 07/52

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Renan Bosso Médes Cristais-Líquidos Cristais-líquidos esméticos: normalmente contêm ligações C=N ou N=N e anéis de benzeno. 08/52

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Renan Bosso Médes 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

10 Cristais-Líquidos Utilidade :
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

11 Cristais-Líquidos 11/52 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes Cristais-Líquidos 11/52

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Renan Bosso Médes 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

13 Polímeros 13/52 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes Polímeros 13/52

14 Polímeros Formação: Polímeros por adição:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

15 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes Polímeros Podemos escrever a equação da reação de polimerização por adição como segue: 15/52

16 Polímeros Polímeros por condensação:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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 16/52

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Renan Bosso Médes 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

18 Polímeros Curiosidade:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

19 Polímeros Estruturas e propriedades físicas dos polímeros
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Polímeros Estruturas e propriedades físicas dos polímeros 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. Segmento de cadeia do polietileno 19/52

20 Polímeros 20/52 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes Polímeros 20/52

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Renan Bosso Médes 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

22 Biomateriais Exigências químicas:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Biomateriais Exigências químicas: Os biomateriais devem ser de grau médico. Os polímeros são biomateriais muito importantes. 22/52

23 Biomateriais Biomateriais poliméricos:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Biomateriais Biomateriais poliméricos: Biomateriais naturais são os polímeros de açúcares e nucleotídeos. Esses polímeros são poliaminoácidos. 23/52

24 Biomateriais Exemplos de aplicações dos biomateriais:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Biomateriais Exemplos de aplicações dos biomateriais: - Substituição e reparos cardíacos; Válvula cardíaca bifolicular. 24/52

25 Biomateriais - Implantes vasculares; Implante vascular de DraconTM
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Biomateriais - Implantes vasculares; Implante vascular de DraconTM 25/52

26 Biomateriais - Tecido artificial;
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Biomateriais - Tecido artificial; A pele artificial, que cresce em laboratório, é utilizada para o tratamento de pacientes com extensa perda de pele. 26/52

27 Biomateriais Substituições de bacia;
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

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Renan Bosso Médes Cerâmicas O que são? Cerâmicas são materiais inorgânicos, sólidos e não metálicos processados em altas temperaturas. ( Keramus, ou seja, coisa queimada ) 28/52

29 Cerâmicas Tipos: Cristalinas (formas definidas)
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

30 Cerâmicas 30/52 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes Cerâmicas 30/52

31 Cerâmicas Características Gerais:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

32 Cerâmicas Exemplos de Materiais Cerâmicos:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

33 Cerâmicas Utilização:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

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Renan Bosso Médes Cerâmicas Ex: Indústria aeroespacial: revestimento exterior de fibras amorfas de sílica de alta pureza (isolante térmico) 34/52

35 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes 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

36 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes 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

37 Cerâmicas Por quê não são utilizadas em larga escala?
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

38 Cerâmicas Processamento da Cerâmica:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

39 Cerâmicas Compósitos Cerâmicos:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

40 Supercondutividade O que é?
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

41 Supercondutividade 41/52 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes Supercondutividade 41/52

42 Supercondutividade Enorme potencial econômico: Economia de energia
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Supercondutividade Enorme potencial econômico: Economia de energia Maior viabilidade em construções de aparatos tecnológicos que requerem grande quantidade de energia. Efeito Meissner 42/52

43 Supercondutividade 43/52 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes Supercondutividade 43/52

44 Supercondutores Por que não são utilizados em larga escala?
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

45 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes Filmes Finos O que são? São materiais de pequena espessura (0,1 µm a 300 µm) que cobrem determinados substratos. 45/52

46 Filmes Finos Características: Ser quimicamente estável,
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Filmes Finos Características: Ser quimicamente estável, Aderir bem à superfície, Ser uniforme, Ser puro, Ter baixa densidade de imperfeições. 46/52

47 Filmes Finos Uso de filmes finos:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Filmes Finos Uso de filmes finos: Microeletrônica: condutores, resistores, capacitores 47/52

48 Guilherme Ribeiro da Silva 17005
Renan Bosso Médes Filmes Finos Óptica: revestimento de lentes a fim de reduzir a quantidade de luz refletida a partir das superfícies das lentes. 48/52

49 Filmes Finos Metais: revestimento em metais
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Filmes Finos Metais: revestimento em metais Painéis solares de filmes finos 49/52

50 Filmes Finos Processos de Fabricação:
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

51 Filmes Finos Camadas finas de diamante em um material Emissão
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Filmes Finos Camadas finas de diamante em um material Emissão Nanofitas 51/52

52 Referências Bibliográficas
Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes Referências Bibliográficas Química - A Ciência Central - 9ª Edição , Autor: Brown / Lemay / Bursten Editora: Pearson Education     52/52