CM_CAP_1_MAR_2023_PPGE3M

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CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS
Prof. C.P. Bergmann – PPGE3M - EE – UFRGS 2023
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS
Prof. C.P. Bergmann – PPGE3M - EE – UFRGS 2022
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS
1-1 INTRODUÇÃO
1-2 TIPOS DE MATERIAIS
1-3 RELAÇÃO: ESTRUTURA-PROCESSAMENTO-PROPRIEDADES
1-4 SELEÇÃO DE MATERIAIS
Ciência dos Materiais-PPGE3M-EE-UFRGS
1-1 INTRODUÇÃO
Ciência dos Materiais-PPGE3M-EE-UFRGS
MATERIAIS: 
“Matéria utilizada em aplicações práticas / industriais”
- máquinas
artefatos 
 dispositivos
 componentes
estruturas (prédios)
outros
ENGENHARIA!
 utilização – desde os primórdios da civilização
 são parte integrante da vida humana
 o conhecimento dos materiais definiu algumas idades da história da humanidade: idade da pedra, idade do bronze, idade do ferro
Com uso, por exemplo, em: 
- máquinas
 estruturas
 dispositivos
 produtos
2 milhões de anos
5.000 anos
3.000 anos
100 anos
60 anos
400-300 anos
1-1 INTRODUÇÃO
Ciência dos Materiais-PPGE3M-EE-UFRGS
 	compreender as propriedades dos materiais e ter capacidade de desenvolver e 	processar (novos) materiais para aplicações industriais
ENGENHEIRO 
1-1 INTRODUÇÃO
ENGENHARIA
manufatura materiais
processa materiais
projeta materiais
constrói com materiais
seleciona materiais
testa e analisa materiais
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Palheta de turbina
ENGENHEIRO está preocupado em melhorar a performance do que está projetando ou manufaturando
elétrico (materiais elétricos/dielétricos)
civil (estruturas com durabilidade, estética, resistência à corrosão
automotivos (leves, resistentes e duráveis)
aeroespacial (densidade/resistência mecânica, alta temperatura)
mecânico (estruturas, componentes) 
materiais (materiais com melhor desempenho, com menor custo)
PARA TANTO, É NECESSÁRIO...
ampliar os conhecimentos dos materiais disponíveis
entender seu comportamento em geral e seu POTENCIAL de utilização
reconhecer os efeitos do meio e condições de serviço - LIMITAÇÕES
fornecer subsídios para compreender o comportamento de materiais em serviço
  POTENCIAL e LIMITAÇÕES de utilização em função das condições de serviço e do meio
1-1 INTRODUÇÃO
Ciência dos Materiais-PPGE3M-EE-UFRGS
EVOLUÇÃO DA CIÊNCIA DOS MATERIAIS: 
	compreensão das propriedades dos materiais e a consequente capacidade de
	desenvolver e preparar novos materiais para aplicações particulares
Materiais funcionais
Nanomateriais 
Obtenção de materiais avançados
-Condutividade elétrica dos cerâmicos 
-Condutividade elétrica dos metais 
-Fotoluminiscência dos semicondutores 
-Atividade catalítica e fotocatalítica
-Superparamagnetismo nos óxidos magnéticos 
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A medicina também pode se beneficiar dos materiais inteligentes. Hoje tubos combinados feitos de metal, chamados de “stent” já estão sendo implantados em artérias para reforçá-las evitando que haja o entupimento. Os ‘stents’ do futuro serão inteligentes. Eles serão injetados diretamente na veia, envolvendo apenas o procedimento médico mais simples e por conta própria irão tomar a forma desejada na artéria afetada. A conversão será feita pela temperatura do corpo. A vantagem para o paciente é que uma operação complicada será substituída por um procedimento médico mínimo tão eficiente quanto a cirurgia.
1-1 INTRODUÇÃO
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A Iniciativa Nacional em Nanotecnologia (EUA) considera Nanotecnologia somente se envolver os seguintes itens:
1. Pesquisa e desenvolvimento em escala atômica, molecular ou macromolecular, numa escala aproximada de 1-100 nm
2. Criação e uso de estruturas, dispositivos e sistemas com propriedades e funções inovadoras por seu tamanho reduzido
3. Habilidade em controlar ou manipular a matéria em escala atômica
Estruturas de C
1-1 INTRODUÇÃO
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Síntese de reagentes
Elevado número de átomos na superfície / Contorno de grão;
ORIGEM DAS PROPRIEDADES DIFERENCIADAS DOS NANOMATERIAIS:
Deformação plástica superior
Maior dureza
Difusividade
Reatividade
Tenacidade
Condutividade térmica menor
Defeitos atômicos e discordâncias:
-As discordâncias (tanto móveis ou não) são raras em nanopartículas ou materiais com tamanho de grão muito reduzido
-Materiais com tamanho de grão muito reduzido podem ter tensão de escoamento muito próximo à tensão teórica.
Negro de fumo em pneus
Cores em vitrôs
No passado
No presente
Microscopia eletrônica
Controle + Simulação por computadores
1-1 INTRODUÇÃO
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Elevado número de átomos na superfície / Contorno de grão;
ORIGEM DAS PROPRIEDADES DIFERENCIADAS DOS NANOMATERIAIS:
Deformação plástica superior
Maior dureza
Difusividade
Reatividade
Tenacidade
Condutividade térmica menor
Defeitos atômicos e discordâncias:
-As discordâncias (tanto móveis ou não) são raras em nanopartículas ou materiais com tamanho de grão muito reduzido
-Materiais com tamanho de grão muito reduzido podem ter tensão de escoamento muito próximo à tensão teórica.
1-1 INTRODUÇÃO
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Aplicações de Nanomateriais na Indústria
	
Pintura resistente a intemperismos
Carros mais leves, seguros, não-poluentes
Carros elétricos com maior autonomia e de recarga rápida
Nanopaint	Convencional
- Componentes estruturais com alta resistência mecânica; baixo peso; capazes de absorver vibrações
Nanopartículas de TiO2 incorporadas no concreto (pavimento) 6000 m2
Redução de até 60% nos níveis de NOx
Súper hidrofobicidade
1-1 INTRODUÇÃO
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Aplicações de Nanomateriais na Indústria
	
Aplicação futurística:
elevador orbital
Produção de fios e cabos ultra-resististes a partir de florestas de NTC
1-1 INTRODUÇÃO
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EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS ?: 	
O mosquito possui 2.700 espécies. Pode voar de 1,6 a 3 km/h. A fêmea bebe sangue e néctar das plantas, o macho apenas o néctar das plantas. Quando a fêmea pica, ela injeta um anti-coagulante para manter a vítima sangrando. Ela encontra sua vítima pela visão e olfato. Vive 1 mês. A fêmea põe 40 a 400 ovos.
Euprymna scalopo: Mimetismo graças a nanoreflectores em sua pele
Pigmentos que mudam de cor conforme o ângulo de visão
1-2 TIPOS DE MATERIAIS
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS:
CRITÉRIO: APLICAÇÕES PELA INDÚSTRIA
metais, cerâmicos, polímeros e compósitos 
CRITÉRIO: GRAU DE DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO
naturais, empíricos, desenvolvimento científico e projetados
CRITÉRIO: MORFOLOGIA ESTRUTURAL
monoestruturados, recobrimentos, gradiente e aleatório
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PROJETADOS: Viabilização de projetos de alta tecnologia
 MATERIAIS PARA ENGENHARIA desenvolvidos para uso na Indústria
fundamento: CIÊNCIA DOS MATERIAIS
interrelação entre ESTRUTURA e PROPRIEDADES
ESTRUTURA
PROPRIEDADES
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
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1-3 RELAÇÃO ENTRE ESTRUTURA-PROCESSAMENTO-PROPRIEDADES
DIVISÃO DA ESTRUTURA NOS MATERIAIS
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Qual o critério da divisão da estrutura dos materiais?
1-3 RELAÇÃO ENTRE ESTRUTURA-PROCESSAMENTO-PROPRIEDADES
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1-3 RELAÇÃO ENTRE ESTRUTURA-PROCESSAMENTO-PROPRIEDADES
Engenharia de superfícies
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1-3 RELAÇÃO ENTRE ESTRUTURA-PROCESSAMENTO-PROPRIEDADES
IMPORTANTE:
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1-3 RELAÇÃO ENTRE ESTRUTURA-PROCESSAMENTO-PROPRIEDADES
DEGRADAÇÃO
1-4 SELEÇÃO DE MATERIAIS
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1-5 EXERCÍCIOS
(Data de entrega: DATA DA 1a PROVA)
1 Com que se ocupa a Ciência dos Materiais e qual sua importância na Engenharia?
2 Diferencie conhecimento fenomenológico e enciclopédico.
3 Classifique os materiais segundo os seguintes critérios: a) aplicação na indústria; b) grau de desenvolvimento tecnológico e c) morfologia.
4 Cite dois produtos que podem ser classificados como: a) monoestruturado; b) recobrimento; c) gradiente e d) composição aleatória.
5 Como se interrelacionamestrutura, propriedades, processamento e desempenho em serviço de um material?
6 Dê dois exemplos que evidenciam a relação entre estrutura e propriedades dos materiais.
7 Como se divide e qual o critério no estudo da estrutura de um material?
8 Em que estaria baseada a mudança de propriedades de um mesmo material fabricados por diferentes processos?
9 Diferencie propriedades de corpo e de superfície. 
10 Compare a microestrutura de um cobre fundido com a de um cobre trefilado.
11 Do que depende a escolha de um determinado processo de fabricação?
12 Diferencie com suas palavras os tipos de materiais quanto às suas propriedades (físicas, químicas e mecânicas) típicas.
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1-5 EXERCÍCIOS
(Data de entrega: DATA DA 1a PROVA)
13 Por que utiliza-se uma alumina translúcida como invólucro de uma lâmpada de sódio?
14 A partir de um material de sua escolha, dê duas aplicações para o mesmo e descreva as propriedades de interesse em cada aplicação.
15 Quais são os critérios para a seleção de um material para determinada aplicação.
16 O que é compromisso entre as propriedades de um material?
17 Como a questão ambiental está presente na seleção de um material para determinado emprego.
18 Liste seis diferentes classificações de propriedades dos materiais que determinam sua aplicabilidade.
19 Explique o conceito de Nanotecnologia e o porque de seu potencial no desenvolvimento de materiais para a Engenharia.
20 Liste 3 aplicações que, em sua opinião, necessitam que materiais apresentem alta tenacidade e baixa densidade.
21 Liste materiais que têm aplicações baseadas em suas propriedades ópticas.
22 Cite três critérios que são importantes no processo de seleção de materiais.
23 Defina materiais funcionais.
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