Ciências de Materiais: Estrutura e Propriedades

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Ciências de Materiais I - Prof. Nilson – Aula 1
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Ciências de Materiais I
Prof. Nilson C. Cruz
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Materiais na nossa vida
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Desenvolvimento = Habilidade de produzir e manipular materiais
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Ciência de Materiais
	Entender as relações entre síntese, processamento, estrutura e propriedades dos materiais. 
Engenharia de Materiais
	Como transformar materiais em dispositivos ou estruturas úteis.
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Estrutura
Arranjo de átomos ou íons
Propriedade
	Tipo de resposta a um estímulo
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Propriedades
Mecânicas
Força → Deformação (Módulo de elasticidade, resistência)
Elétricas
Campo elétrico → Corrente (condutividade, constante dielétrica)
Térmicas
Calor → Aquecimento (Condutividade, calor específico)
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Propriedades
Magnéticas
Campo magnético→Magnetização (permeabilidade, susceptibilidade)
Ópticas
Radiação Eletromagnética→Reflexão (índice de refração, refletividade)
Deteriorativas
Ambiente→ Reatividade química
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Processamento
	Maneiras de moldar ou modificar 
Síntese
	Produção a partir de componentes naturais ou não
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Processamento, Síntese
↓
Estrutura
↓
Propriedades
↓
Desempenho
$!!!
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Porque estudar materiais? 
Seleção:
 - condições de aplicação (resistência x ductibilidade)
 - deterioração (resistência x temperatura)
 - custo (bom x caro)
Conhecimentomelhor escolha
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A: Composição 
Ferro?
Alumínio?
Ligas?
Em quais quantidades?
C: Síntese
Como controlar o processo para produzir aço com alta resistência e conformabilidade?
Como produzir um chassis aerodinâmico?
B: Microestrutura
Quais características da estrutura limitam a resistência e a conformabilidade?
O que controla a resistência? 
Desempenho
Custo
Qual a relação peso/resistência?
Qual o efeito sobre a segurança do veiculo?
Qual o custo de fabricação?
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Classificação dos Materiais
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Combinação de elementos metálicos (Ligas)
Elétrons Delocalizados
Bons Condutores
Não transparentes
Resistentes
Moldáveis
Metais
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Materiais inorgânicos metálicos e não metálicos ligados entre si (PZT)
Isolantes térmico e elétrico (Al2O3) 
Alta dureza (TiO2)
Resistentes a altas temperaturas
Cerâmicas
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Plásticos formados por longas cadeias carbônicas
Leves
Flexíveis
Propriedades ópticas, elétricas e mecânicas ajustáveis
Resistentes
Moldáveis
Polímeros
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Misturas de diferentes materiais
Propriedades mistas
Leves
Resistentes
Duros
Moldáveis
Compósitos
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Si, Ge, GaAs
Base da indústria eletrônica
Características elétricas intermediárias entre condutores e isolantes
Propriedades extremamente sensíveis à dopagem com impurezas
Semicondutores
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Alguns desafios:
Energia Nuclear: combustível, contenção, resíduos 
Transportes: redução de peso, aumento da temperatura do motor
Energia Solar
Processos menos poluentes
Reciclagem
Matérias primas alternativas 
Materiais Biocompatíveis