Difusão e Defeitos em Materiais

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Difusão em estado não-estacionário (transiente)
A maioria das situações envolvendo difusão, ocorre em estado não estacionário. O fluxo de difusão e o gradiente de concentração em um ponto específico no interior de um sólido, variam ao longo do tempo. 
Aula: Imperfeição em sólidos
As propriedades de alguns materiais são profundamente influenciadas pela presença de defeitos ou imperfeições. Os defeitos afetam as propriedades dos materiais e permite a movimentação atômica dos átomos, Exemplo : O latão (70% cobre / 30% zinco) é muito mais duro e resistente que o cobre puro.
Os defeitos são importantes, mesmo em concentrações muito pequenas, porque podem causar uma mudança significativa nas propriedades de um material. 
Por exemplo, sem a presença de defeitos: • os dispositivos eletrônicos do estado sólido não existiriam; • os metais seriam menos duros; • os cerâmicos seriam muito mais tenazes; • os cristais não teriam nenhuma cor.
O que é um defeito?
Um “defeito cristalino” é designado como uma irregularidade na rede cristalina;
É uma imperfeição ou um "erro" no arranjo periódico regular dos átomos em um cristal. Podem envolver uma irregularidade : ▪ na posição dos átomos ▪ no tipo de átomos O tipo e o número de defeitos dependem do material, e das circunstâncias sob as quais o cristal foi processado.
Defeitos pontuais: irregularidades que se estendem sobre somente alguns átomos (defeitos adimensionais - dimensão zero), podendo ser lacunas, intersticiais ou substitucionais;
❖Lacunas (“vacancy”): significa ausência de um átomo em um ponto do reticulado cristalino. ❖Podem ser formadas durante a solidificação ou como resultado de vibrações atômicas.
MECANISMOS DE DIFUSÃO EM METAIS
DIFUSÃO POR LACUNA (ou substitucional) : Envolve o deslocamento de um átomo de uma posição normal na rede cristalina para um sítio vago do reticulado. Em temperaturas altas maior o número de lacunas o que aumenta a velocidade de difusão..Átomos se deslocam em uma direção e lacunas se deslocam no sentido oposto. DIFUSÃO INTERSTICIAL: Átomos que Migram de uma posição intersticial para uma outra que esteja vazia. Associada normalmente à átomos pequenos como hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio que possuem tamanho suficiente para se encaixarem nas posições intersticiais.
❖A formação da lacuna ocorre: ✓Durante a solidificação; ✓Como resultado de vibrações atômicas intensas; ✓Deformação plástica; ✓Irradiação; ✓Resfriamento rápido. O número de lacunas aumenta exponencialmente em função da temperatura.
Defeitos Pontuais – Autointersticiail
❖Um auto intersticial é um átomo do cristal que se encontra comprimido em um pequeno espaço vazio que sob circunstâncias normais não estaria ocupado.
➢As impurezas estão quase sempre presentes nos materiais ➢Um metal puro formado apenas por um tipo de átomo é simplesmente impossível. ➢Mesmo com técnicas relativamente sofisticadas é difícil refinar metais até uma pureza superior a 99,999% ➢Ligas são materiais onde átomos de impurezas foram adicionadas intencionalmente para conferir características específicas ao material. ➢A formação de ligas é utilizada em metais para aumentar a resistência mecânica e a resistência a corrosão.
➢A adição de átomos de impurezas a um metal irá resultar na formação de uma solução sólida e/ou uma nova segunda fase. ➢Solvente é o elemento em maior quantidade. ➢Soluto é o elemento em menor quantidade. ❑ Os átomos do soluto ou átomos de impureza ocupam os interstícios existentes entre os átomos hospedeiros ou os substituem. ❑ Em razão da presença de impurezas os defeitos pontuais podem ser de dois tipos: ❑ Substitucional ❑ Intersticial
Defeito substitucional: o átomo de impureza substituí diretamente um átomo da rede cristalina (solução sólida substitutiva): Defeito intersticial: o átomo de impureza se situa em um lugar intersticial, num vazio entre os átomos hospedeiros:	
Defeitos Lineares
❑ Nos sólidos cristalinos, os defeitos lineares ou discordâncias são defeitos que originam uma distorção da rede centrada em torno de uma linha. ❑ A presença deste defeito pode ser responsável muitas vezes pela deformação, falha e ruptura dos materiais.
As discordâncias podem ser de três tipos: Defeitos Lineares - Discordâncias ▪ Discordância em aresta ▪ Discordância em espiral ▪ Discordância mista
AULA DEFEITOS 2
Materiais policristalinos ❑ A maioria dos sólidos cristalinos é composta por um conjunto de muitos cristais pequenos ou grãos. ❑ Tais materiais são chamados de policristalinos.
Formação dos Materiais policristalinos ❑ Inicialmente, pequenos cristais ou núcleos se formam em várias posições. ❑ Esses cristais possuem orientação cristalográfica aleatórias. ❑ Os pequenos grãos crescem pela adicição sucessiva de átomos à sua estrutura ❑ À medida que o processo de solidificação se aproxima do fim as extremidades de grãos adjacentes são forçadas umas contra as outras. ❑ Ocorrem desajustes do átomos na região onde dois grão se encontram quando o grão cresce. Essa região é um defeito cristalino, chamada de contorno de grão.
Defeito interfacial do tipo contorno de grão ❑ Contorno do grão é um tipo de defeito interfacial que pode ser caracterizado como o contorno que separa dois pequenos grãos ou cristais com diferentes orientações cristalográficas nos materiais policristalinos. ❑ Contorno de grão → Contornos entre dois cristais sólidos da mesma fase. ❑ Na região do contorno, existe algum desajuste atômico na transição da orientação cristalina de um grão para a orientação de um grão adjacente.
❖ Contorno de Fases ▪Os contornos de fase são as fronteiras que separam fases com estruturas cristalinas e composições distintas
Defeitos Volumétricos
➢Existem outros defeitos em todos os materiais sólidos que são muito maiores que todos os que foram discutidos até o momento. ➢Eles incluem os poros e trincas,. ➢ Normalmente, são introduzidos durante as etapas de processamento e fabricação dos materiais.
Materiais avançados
Designação para os materiais utilizados em aplicações de alta tecnologia
 Semicondutores,Nanomateriais(não tinha nada sobre eles)
Materiais inteligentes
Grupos de materiais de ultima geração com elevado potencial para desenvolvimento de novas tecnologias. São chamados de "materiais inteligentes" devido a capacidade de sentir alterações no seu ambiente e assim, responder a essas mudanças de uma maneira predeterminada. Possuem uma ou mais propriedades que podem ser alteradas através de estímulos externos, tais como: tensão, variação de temperatura, campos magnéticos
Biomateriais
Substância que atua nos tecidos vivos com o objetivo de substituí-los, aumentálos ou tratá-los.
Todo biomaterial deve ser biocompatível para não desencadear reações imunológicas em nossos organismos;
Cúbica de faces centradas (CFC)
N = 4atomos
Fator de empacotamento atômico
 (FEA) = Va/Vc
Densidade 
p= n*A/(Vc*Na)
n - número de átomos associados a cada célula unitária
 A - peso atômico
Vc - Volume da célula unitária 
NA- número de Avogadro (6,023 x 1023 átomos / mol)
Estrutura cúbica de corpo centrado (CCC)
N= 2atomos
Vc = a^3 = (16*raiz(2)*r^3)
Va = n*Volume esfera volume esfera = (4/3)*pi*r^3