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Professor: Élcio Rogério Barrak
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IntroduçãoO 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.
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TópicosCristais-líquidosPolímerosBiomateriaisCerâmicaFenômeno da SupercondutividadeFilmes finos
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Cristais-LíquidosO 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 179C é transparente. Entre 145C e 179C é leitoso e possui comportamento líquido- cristalino.
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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 )
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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).
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Cristais-Líquidos
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Cristais-LíquidosCristais-líquidos esméticos: normalmente contêm
ligações C=N ou N=N e anéis de benzeno.
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Cristais-LíquidosCristais-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.
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Cristais-LíquidosUtilidade :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.
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Cristais-Líquidos
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PolímerosO 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.
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PolímerosGuilherme Ribeiro da Silva 17005Renan Bosso Médes 17023
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PolímerosFormação: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.
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PolímerosPodemos escrever a equação da reação de
polimerização por adição como segue:
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PolímerosPolímeros 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
N
H
H H O C
O
+ N
H
C
O
H O H+
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PolímerosTipos: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.
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PolímerosCuriosidade:Plásticos reciclados: Observando a base de um
recipiente de plástico reciclado, notaremos o número e a abreviatura correspondente ao polímero formador do material.
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Polímeros Estruturas e propriedades físicas dos polímeros
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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.
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Polímeros
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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.
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BiomateriaisExigências químicas:
• Os biomateriais devem ser de grau médico.• Os polímeros são biomateriais muito importantes.
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Biomateriais• Biomateriais poliméricos:
• Biomateriais naturais são os polímeros de açúcares e nucleotídeos.
• Esses polímeros são poliaminoácidos.
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BiomateriaisExemplos de aplicações dos biomateriais: - Substituição e reparos cardíacos;
Válvula cardíaca bifolicular.
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Biomateriais - Implantes vasculares;
Implante vascular de DraconTM
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Biomateriais- Tecido artificial;
• A pele artificial, que cresce em laboratório, é utilizada para o tratamento de pacientes com extensa perda de pele.
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BiomateriaisSubstituições 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.
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CerâmicasO que são?
Cerâmicas são materiais inorgânicos, sólidos e não metálicos processados em altas temperaturas.
( Keramus, ou seja, coisa queimada )
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CerâmicasTipos:Cristalinas (formas definidas)Não cristalinas (estruturas amorfas)
Apresentam estruturas com ligações covalentes, iônicas ou combinação de ambas (caráter misto: iônico-covalente )
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Cerâmicas
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CerâmicasCaracterísticas 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.
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CerâmicasExemplos de Materiais Cerâmicos: Cerâmicas Tradicionais: materiais de origem
argilosa (louça, tijolos refratários, telhas)AbrasivosCimentosVidrosCerâmicas Avançadas: utilizadas em aplicações
eletro-eletrônicos, térmicas, mecânicas, ópticas, químicas e biomédicas
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CerâmicasUtilização:
Por terem tais propriedades, são utilizadas largamente na ciência. Os materiais cerâmicos são utilizados em componentes eletroeletrônicos, em aeronaves, mísseis e espaçonaves.
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CerâmicasEx: Indústria aeroespacial: revestimento exterior de
fibras amorfas de sílica de alta pureza (isolante térmico)
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CerâmicasIndústria de Corte: utilizadas em máquinas criadas
para modelar e cortar ferro e ligas mais duras (alumina reforçada)
Principais materiais: Al2O3, TiC, TiN
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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.
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CerâmicasPor quê não são utilizadas em larga escala?
Frágeis e quebradiçasDifíceis de fabricar sem defeitoAlto custo de fabricação e confiabilidade do
material
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CerâmicasProcessamento 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.
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CerâmicasCompósitos 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.
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SupercondutividadeO que é?
É a perda da resistência ao fluxo de uma corrente elétrica causada pelo abaixamento da temperatura específica. (Tc K)
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Supercondutividade
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SupercondutividadeEnorme potencial econômico:
Economia de energiaMaior viabilidade em construções de aparatos
tecnológicos que requerem grande quantidade de energia.
Efeito Meissner
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Supercondutividade
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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.
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Filmes FinosO que são?
São materiais de pequena espessura (0,1 µm a 300 µm) que cobrem determinados substratos.
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Filmes FinosCaracterísticas:
Ser quimicamente estável,Aderir bem à superfície,Ser uniforme,Ser puro,Ter baixa densidade de imperfeições.
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Filmes FinosUso de filmes finos:
Microeletrônica: condutores, resistores, capacitores
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Filmes FinosÓptica: revestimento de lentes a fim de reduzir a
quantidade de luz refletida a partir das superfícies das lentes.
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Filmes FinosMetais: revestimento em metais
Painéis solares de filmes finos
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Filmes FinosProcessos 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.
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Filmes Finos
Emissão NanofitasCamadas finas de diamante em um material
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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
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