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Alunos : Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Professor: Élcio Rogério Barrak 01/52.

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

2 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

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

4 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

5 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 ) Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

6 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). Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

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

8 Cristais-Líquidos Cristais-líquidos esméticos: normalmente contêm ligações C=N ou N=N e anéis de benzeno. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

9 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

10 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

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

12 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

13 Polímeros Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

14 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

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

16 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 Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

17 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

18 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

19 Polímeros Estruturas e propriedades físicas dos polímeros Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes 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

20 Polímeros Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

21 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

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

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

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

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

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

27 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

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

29 Cerâmicas Tipos: Cristalinas (formas definidas) Não cristalinas (estruturas amorfas) Apresentam estruturas com ligações covalentes, iônicas ou combinação de ambas (caráter misto: iônico-covalente ) Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

30 Cerâmicas Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

31 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

32 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 Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

33 Cerâmicas Utilização: Por terem tais propriedades, são utilizadas largamente na ciência. Os materiais cerâmicos são utilizados em componentes eletroeletrônicos, em aeronaves, mísseis e espaçonaves. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

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

35 Cerâmicas Indústria de Corte: utilizadas em máquinas criadas para modelar e cortar ferro e ligas mais duras (alumina reforçada) Principais materiais: Al2O3, TiC, TiN Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

36 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

37 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 Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

38 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

39 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

40 Supercondutividade O que é? É a perda da resistência ao fluxo de uma corrente elétrica causada pelo abaixamento da temperatura específica. (Tc K) Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

41 Supercondutividade Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

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

43 Supercondutividade Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

44 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

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

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

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

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

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

50 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. Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52

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

52 Referências Bibliográficas Química - A Ciência Central - 9ª Edição, Autor: Brown / Lemay / Bursten Editora: Pearson Education m/2008/08/cap13.ppt+Cer%C3%A2mica+Cristalina&cd=11&hl=pt- BR&ct=clnk&gl=br m/2008/08/cap13.ppt+Cer%C3%A2mica+Cristalina&cd=11&hl=pt- BR&ct=clnk&gl=br ade2.htmhttp://www.seara.ufc.br/especiais/fisica/supercondutividade/supercondutivid ade2.htm Guilherme Ribeiro da Silva Renan Bosso Médes /52


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