Resumo 1 Ciência dos Materiais

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Ciências dos materiais 
 
Desde o início das civilizações, os materiais e a energia são utilizados para 
melhorar a vida dos seres humanos; por essa razão, eles estão intimamente ligados à 
existência e à evolução da humanidade e acompanharam essas civilizações no decorrer 
de todo o seu desenvolvimento desde a pré-história, na Idade da Pedra, quando nossos 
ancestrais lascavam pedras para produzir armas de caça; passando pela Idade do 
Bronze, na qual foi desenvolvida a base da metalurgia com as ligas de cobre e estanho 
na produção de armas superiores; até os dias atuais, com a produção de superligas, 
grafeno, entre outros. 
Para que você possa perceber a importância dos materiais para a humanidade, 
imagine a sua vida sem alguns deles, por exemplo, o plástico, o cimento, o vidro, o 
alumínio e o papel. É impossível imaginar tal situação, não é? Isso deixa claro que os 
materiais estão presentes em todos os setores de nossas vidas, seja na habitação, 
transporte, comunicação, indústria ou, ainda, no lazer. A produção e a transformação 
desses materiais em bens acabados representa uma das atividades mais importantes 
da economia moderna. Todo o conhecimento adquirido ao longo da nossa evolução 
acerca dos materiais tornou possível o desenvolvimento de uma variedade enorme de 
materiais e moldagem das propriedades desses materiais de acordo com o interesse e 
a necessidade da sociedade. 
Na ciência e engenharia dos materiais, o termo composição refere-se à 
constituição química do material, ou seja, aos átomos, moléculas ou íons que constituem 
esse material. Já o termo estrutura refere-se à forma como esses átomos, moléculas ou 
íons se organizam (arranjam) para a formação do material. Outros termos utilizados 
nesse âmbito são: o termo síntese, que se refere ao modo e às substâncias químicas 
necessárias para a produção de um material específico, e o termo processamento, que 
remete ao modo como os materiais sintetizados são transformados em bens de uso e 
consumo com propriedades adequadas a cada finalidade. 
Os materiais, por razões de conveniência, são separados em classes com base 
na sua constituição, arranjo de seus átomos e suas propriedades. Essas classes, ou 
grupos, são: • Metais ou materiais metálicos. • Cerâmicas ou materiais cerâmicos. • 
Polímeros ou materiais poliméricos. • Compósitos ou materiais compósitos. Cada uma 
dessas classes possui materiais com estruturas e propriedades diferentes das outras 
classes. A seguir, vamos conhecê-las e entender suas características gerais. 
 
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Metais 
Os materiais pertencentes à classe dos metais são substâncias inorgânicas, 
constituídos por um ou mais elementos químicos metálicos, podendo conter elementos 
não metálicos em sua composição. Dentre os materiais metálicos mais usuais estão o 
aço, o ferro, o magnésio, o cobre, o alumínio, a prata, o bronze, o titânio, o ouro. 
Eles possuem alto nível de organização espacial no arranjo de seus átomos, 
definido pelo termo “estrutura cristalina”. Em função dessa estrutura atômica 
organizada, os metais possuem boa resistência mecânica, ductilidade, alta rigidez, 
resistência a choques e podem ser deformados sob a ação de forças externas. Além 
disso, são bons condutores de eletricidade e de calor, devido às suas ligações 
metálicas. 
Cerâmicas 
As cerâmicas são constituídas por elementos químicos metálicos e não 
metálicos que se ligam por meio de ligações covalentes e iônicas. O óxido de alumínio, 
ou alumina, é um exemplo de material cerâmico composto por alumínio, que é um metal, 
juntamente com o oxigênio, um não metal, cuja fórmula química é Al2 O3. Outros 
exemplos de materiais cerâmicos comuns são o dióxido de silício (ou sílica, SiO2 ), 
dióxido de zircônio (ou zircônia, ZrO2 ), carbeto de silício (SiC) e nitreto de silício (Si3 
N4 ). 
Os materiais cerâmicos são duros, possuem rigidez e resistência comparadas 
às dos metais, entretanto, são frágeis, ou seja, apresentam baixa resistência a esforços 
de tração, torção, flexão etc. Contudo, as cerâmicas são mais resistentes a altas 
temperaturas e ambientes severos do que os polímeros e os metais, e são materiais 
tipicamente isolantes térmicos e elétricos. 
Polímeros 
Os polímeros são moléculas de cadeia longa, formados pela união de várias 
(poli) unidades menores (meros). O polietileno (C2 H4 ) n é um exemplo de polímero 
formado apenas por carbono e hidrogênio, pela união de 100 até 1000 moléculas de 
etileno (C2 H4 ). Entretanto, além do carbono e hidrogênio, os polímeros podem conter 
oxigênio, como o acrílico, nitrogênio, poliamidas ou náilons, flúor, fluorocarbonos, silício 
e silicones. Em geral, os materiais poliméricos possuem grande ductilidade e tem baixa 
densidade. Além disso, esses materiais são isolantes elétricos, não magnéticos e, 
 
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alguns polímeros, são altamente resistentes a produtos químicos corrosivos. Suas 
desvantagens estão no fato de serem menos resistentes a deformações que os metais, 
e de amolecer e/ou se decompor em temperaturas moderadas; contudo, mesmo com 
essas limitações, eles ainda são uma opção altamente versátil e útil. 
 
Compósitos 
Os compósitos são formados pela combinação entre os materiais das classes 
apresentadas anteriormente (metais, cerâmicas e polímeros). Essa união conduz a um 
material com propriedades superiores aos dos componentes separadamente. Existem 
vários tipos de compósitos, formados por diferentes combinações entre metais, 
cerâmicas e polímeros, a maior parte deles e feita pelo homem; contudo, alguns 
materiais de ocorrência natural também são considerados compósitos, como é o caso 
do osso e da madeira. Um dos compósitos mais famosos é a fibra de vidro, constituída 
de pequenas fibras de vidro embutidas no interior de uma matriz polimérica. A união das 
fibras de vidro, material resistente e rígido (porém frágil) com a matriz polimérica, 
material dúctil e flexível (porém fraco) resulta em um material compósito flexível, dúctil, 
resistente e relativamente rígido. 
 
Semicondutores 
Os semicondutores são materiais com propriedades elétricas intermediárias 
entre os condutores (metais) e os isolantes (polímeros e cerâmicas). Além disso, as 
propriedades elétricas desses materiais são extremamente sensíveis a pequenas 
concentrações de átomos de impurezas presentes em sua composição. O controle das 
concentrações de impurezas em regiões definidas do material permite controlar a 
condutividade elétrica nessas regiões do material, possibilitando sua aplicação em 
componentes como, por exemplo, circuitos eletrônicos integrados. Os semicondutores 
são, geralmente, feitos de silício, germânio e arenato de gálio. Ao longo das últimas 
décadas, os semicondutores revolucionaram a indústria de eletrônicos e de 
computadores, em decorrência de suas propriedades elétricas diferenciadas. 
 
Biomateriais 
 
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Os biomateriais são materiais pertencentes às classes de materiais anteriores 
(metais, polímeros, cerâmicas e semicondutores). Esses materiais são utilizados na 
área da saúde para as mais diversas finalidades, entre elas dispositivos biomédicos 
(biosensores, tubos de circulação, sistemas de hemodiálise), materiais implantáveis 
(suturas, substitutos ósseos, lentes, dentes, válvulas cardíacas), órgãos artificiais 
(pulmões, coração, rim, pele), curativos, dentre outros. 
Materiais avançados 
Os materiais avançados são materiais que são aplicados na produção de 
componentes ou dispositivos de alta tecnologia, cujo funcionamento possui princípios 
intrincados ou sofisticados. Os materiais dessa categoria pertencem às classificações 
descritas anteriormente e devemos entender o termo “alta tecnologia” como sendo 
relacionado a produtos e dispositivos, por exemplo, equipamentos eletrônicos, 
computadores, aeronaves, sistemas de fibras ópticas, equipamentos médicos etc.