Materiais Modernos Lucas Spínola Martins 17098 Lucas Yoshio Arai 17099 “As propriedades macroscópicas observáveis dos materiais são o resultado das estruturas e processos em níveis atômico e molecular.” Lucas Spínola Martins 17098 Lucas Yoshio Arai 17099 Vinícius Abrantes de Souza 17130

Sumário Cristais-líquidos; Polímeros; Biomateriais; Cerâmicas; Supercondutividade; Filmes finos; Referências bibliográficas.

Cristais-líquidos Descoberta feita pelo botânico Frederick Reinitzer com o benzoato de colesterila; É uma fase intermediária entre a fase sólida e a fase líquida; Possui características de ambas as fases; Possui parte da estrutura dos sólidos e parte da liberdade de movimento dos líquidos; Normalmente são moléculas longas e no formato de tubos. 1 2 3 4 5 6

Cristais-líquidos Fase nemática (menos ordenada); Tipos de fases: 1 2 3 4 5 6

Cristais-líquidos Fase esmética;

Cristais-líquidos Fase colestérica (mais ordenada).

Cristais-líquidos Aplicações: Telas LCD de monitores, vídeo games, relógios e aparelhos eletrônicos diversos, devido à sua propriedade anisotrópica óptica. 1 2 3 4 5 6

Polímeros O que são polímeros? São compostos formados pela repetição constante de uma mesma molécula. As unidades constituintes dos polímeros são denominadas monômeros. Exemplos: plásticos, DNA, proteínas, borracha etc. 1 2 3 4 5 6

Tipos de polimerização Polimerização por adição Formam polímeros com unidades repetitivas de fórmula molecular idêntica ao monômero de partida. 1 2 3 4 5 6

Ex.: Polimerização por adição 1 2 3 4 5 6

Tipos de polimerização Polimerização por condensação - Polimerização por condensação: as moléculas se unem por meio da eliminação de uma molécula pequena (por exemplo, a água) - Os polímeros formados a partir de dois monômeros diferentes são chamados de copolímeros 1 2 3 4 5 6

Ex.: Polimerização por condensação Ácido tereftálico Etileno glicol Tereftalato de etileno - poliéster 1 2 3 4 5 6

Tipos de polímeros Plástico: materiais que podem ser moldados. Termoplástico: materiais que podem ser moldados mais de uma vez. Termocurado: materiais que podem ser moldados apenas uma vez. 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. 1 2 3 4 5 6

Camisa de poliéster (elastômero) Tipos de polímeros Sacolas (termoplástico) Camisa de poliéster (elastômero) Dentadura (termocurado) 1 2 3 4 5 6

Estrutura e propriedades físicas dos polímeros Cadeias de polímeros tendem a ser flexíveis e facilmente entrelaçadas ou cruzadas; Grau de cristalinidade: é a fração de regiões organizadas em relação ao material todo; O estiramento de um polímero pode aumentar o grau de cristalinidade. O grau de cristalinidade também é determinado pela massa molecular média. Ex.: – polietileno de baixa densidade tem uma massa molecular média na faixa de 10.000 u (utilizado em pacotes plásticos); – polietileno de alta densidade tem uma massa molecular média na faixa de 1.000.000 u (utilizado em garrafas plásticas para leite). 1 2 3 4 5 6

Estrutura e propriedades físicas dos polímeros 1 2 3 4 5 6

Polímeros com ligação cruzada São ligações formadas entre as cadeias de polímeros fazendo com que o polímero fique mais firme. 1 2 3 4 5 6

Biomateriais Materiais que possuem aplicação biomédica; Todo biomaterial deve ser biocompatível para não desencadear reações imunológicas em nossos organismos; Devem atender a exigências físicas e químicas. 1 2 3 4 5 6

Biomateriais Aplicações Substituições e reparos do coração; Implantes vasculares; Tecidos artificiais; Substituições de bacia. 1 2 3 4 5 6

Aorta real e aorta artificial Biomateriais Exemplos de biomateriais poliméricos: Pele artificial de quitina Aorta real e aorta artificial 1 2 3 4 5 6

Cerâmicas Cerâmicas são materiais inorgânicos, sólidos, não-metálicos, podendo ser cristalinas ou não-cristalinas. As não-cristalinas incluem vidro e outros materiais com estrutura amorfa. Normalmente são duras, quebradiças e estáveis a temperaturas muito altas. 1 2 3 4 5 6

Processamento de cerâmicas Geralmente as cerâmicas desenvolvem microfissuras aleatórias não detectáveis durante o processamento, que são a origem de quebras e rachaduras. Sinterização: é o aquecimento de partículas uniformes muito puras (cerca de 1 μm em diâmetro) sob pressão para forçar a ligação das partículas. Processo sol-gel: é um método importante para a formação de partículas uniformes puras. 1 2 3 4 5 6

Processo sol-gel Metal Álcool Alcóxido metálico O produto alcóxido, é dissolvido em um solvente alcoólico apropriado. Álcóxido Sol O Ti(OH)4 está presente nesse estágio como um sol, uma suspensão de partículas extremamente pequenas. O gel é formado a partir da condensação do sol, apresentando uma consistência de gelatina. Quando esse material é aquecido, todo o líquido é removido e o gel é convertido em pó de óxido. 1 2 3 4 5 6

Compósitos cerâmicos Compósitos: mistura complexa de dois ou mais materiais produzindo a cerâmica. Resultado: cerâmica mais resistente. Método mais eficiente: adição de fibras a um material cerâmico. Por definição, uma fibra tem comprimento de no mínimo cem vezes seu diâmetro. Exemplo: fibras de SiC (carbeto de silício). 1 2 3 4 5 6

Aplicações das cerâmicas Usadas na indústria de instrumentos cortantes; Usadas na indústria eletrônica (circuitos semicondutores integrados normalmente fabricados de alumina); Materiais de piezoelétrica, usados em relógios e geradores ultrasônicos; Ladrilhos usados na superfície externa de ônibus espaciais. 1 2 3 4 5 6

Aplicações das cerâmicas 1 2 3 4 5 6

Supercondutividade Em 1911, o físico holandês H. Kamerlingh Onnes descobriu que o mercúrio quando é resfriado abaixo de 4,2 K perde toda sua resistência ao fluxo de elétrons; Teoria BCS (explica bem o fenômeno mas ainda não é satisfatória). 1 2 3 4 5 6

Supercondutores Tabela das temperaturas de transição da supercondutividade 1 2 3 4 5 6

Supercondutores Aplicações: Incrível potencial econômico para dispositivos elétricos; Suporte para novas tecnologias de microchips; Efeito Meissner: construção de trens de alta velocidade (Transrapid de Xangai); Geração de campos magnéticos intensos para o funcionamento de equipamentos médicos (IRM). 1 2 3 4 5 6

Filmes finos O termo filme fino não tem definição precisa. Em geral refere-se a filmes com espessura variando de 0,1 μm a aproximadamente 300 μm. Para um filme fino ser útil, ele deve possuir todas ou a maioria das seguintes propriedades: ser quimicamente estável; aderir bem à superfície; ser uniforme; ser puro; ter baixa densidade de imperfeições. 1 2 3 4 5 6

Usos de filmes finos Microeletrônica (condutores, resistores e capacitores); Revestimentos ópticos (para reduzir a reflexão de uma lente); Revestimentos de proteção para metais; Aumento de resistência de ferramentas; Redução de arranhões em vidros. 1 2 3 4 5 6

Fabricação de filmes finos Deposição à vácuo: o filme fino é aquecido em uma câmara de alto vácuo. As moléculas vaporizadas se deslocam em linha reta para o ponto de deposição e a uniformidade é obtida ao girar a peça. 1 2 3 4 5 6

Emissão Alta voltagem aplicada através do gás, resulta na ionização; Os íons são acelerados no sentido do alvo carregado negativamente, chocando-se com os átomos de metal da superfície. 1 2 3 4 5 6

Decomposição de vapor químico A superfície é revestida com um composto volátil a uma temperatura alta. Sobre a superfície, o composto sofre uma reação química para formar um revestimento estável. 1 2 3 4 5 6

Referências bibliográficas Química: A Ciência Central – Brown, LeMay, Bursten – 9ª edição; http://images.google.com.br/; http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/polimeros.html; http://www.seara.ufc.br/especiais/fisica/supercondutividade/supercondutividade.htm.