Capítulo 12 Materiais Modernos Alunos : Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Professor: Élcio Rogério Barrak 01/52

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Tópicos Cristais-líquidos Polímeros Biomateriais Cerâmica Fenômeno da Supercondutividade Filmes finos 03/52

Cristais-Líquidos O que são? Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Cristais-Líquidos 07/52

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Cristais-Líquidos Cristais-líquidos esméticos: normalmente contêm ligações C=N ou N=N e anéis de benzeno. 08/52

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 : Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Cristais-Líquidos 11/52

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Polímeros 13/52

Polímeros Formação: Polímeros por adição: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Polímeros Podemos escrever a equação da reação de polimerização por adição como segue: 15/52

Polímeros Polímeros por condensação: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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

Polímeros 20/52 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Polímeros 20/52

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Biomateriais Exigências químicas: Os biomateriais devem ser de grau médico. Os polímeros são biomateriais muito importantes. 22/52

Biomateriais Biomateriais poliméricos: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Biomateriais Biomateriais poliméricos: Biomateriais naturais são os polímeros de açúcares e nucleotídeos. Esses polímeros são poliaminoácidos. 23/52

Biomateriais Exemplos de aplicações dos biomateriais: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Biomateriais Exemplos de aplicações dos biomateriais: - Substituição e reparos cardíacos; Válvula cardíaca bifolicular. 24/52

Biomateriais - Implantes vasculares; Implante vascular de DraconTM Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Biomateriais - Implantes vasculares; Implante vascular de DraconTM 25/52

Biomateriais - Tecido artificial; Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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; Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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) Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Cerâmicas 30/52

Cerâmicas Características Gerais: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Cerâmicas Ex: Indústria aeroespacial: revestimento exterior de fibras amorfas de sílica de alta pureza (isolante térmico) 34/52

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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? Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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? Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Supercondutividade 41/52

Supercondutividade Enorme potencial econômico: Economia de energia Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Supercondutividade 43/52

Supercondutores Por que não são utilizados em larga escala? Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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, Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Filmes Finos Uso de filmes finos: Microeletrônica: condutores, resistores, capacitores 47/52

Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Filmes Finos Metais: revestimento em metais Painéis solares de filmes finos 49/52

Filmes Finos Processos de Fabricação: Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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 Camadas finas de diamante em um material Emissão Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 Filmes Finos Camadas finas de diamante em um material Emissão Nanofitas 51/52

Referências Bibliográficas Guilherme Ribeiro da Silva 17005 Renan Bosso Médes 17023 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