Materiais Nanoestruturados FONTINHA

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Materiais nanoestruturados. 
Desenvolvimento e aplicações nos 
revestimentos de proteção anticorrosiva
Rute Fontinha e Manuela Salta
Departamento de Materiais
Núcleo de Materiais Metálicos
jornadas
cidades e desenvolvimento | LNEC, Lisboa, 18 – 20 junho 2012
engenharia para a sociedade investigação e inovação
Materiais nanoestruturados – o que são ?
� Não existe uma definição universal
� (SCENIHR) - materiais que contêm estruturas internas ou externas com 
uma ou mais dimensões na escala de 1 nm a 100 nm
Tipos de materiais nanoestruturados: (a) 3D<100 nm – partículas e 
“clusters”; (b) 2D<100 nm - nanofibras, fios e nanotubos; (c) 1D<100 nm 
filmes, revestimentos, redes; (d) “0”D – outros nanomateriais.
(a) (b) (c) (d)
Fonte: Office of Basic Energy Sciences
Office of Science, U.S. DOE
glóbulos vermelhos
(~7-8 µm) 
Cinza volante
~ 10-20 µm
cabeça de um prego
1-2 mm
“48 átomos de ferro numa superfície de 
cobre diâmetro: 14 nm
cabelo humano
~ 60-120 µm (diâmetro)
formiga
~ 5 mm
ácaro
200 µm
ATP sintase
~10 nm de diâmetro Eléctrodo de nanotubos
Nanotubo de carbono
~1.3 nm de diâmetro
M
i
c
r
o
m
u
n
d
o
0.1 nm
1 nanómetro (nm)
0.01 µµµµm
10 nm
0.1 µµµµm
100 nm
1 micrómetro (µµµµm)
0.01 mm
10 µµµµm
0.1 mm
100 µµµµm
1 milímetro (mm)
1 cm
10 mm
10-2m
10-3m
10-4m
10-5m
10-6m
10-7m
10-8m
10-9m
10-10m
V
i
s
í
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N
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1,000 nanómetros = I n
f
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R
a
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X
1,000,000 nanómetros = 
dispositivos
Microelectromecânicos
(MEMS)
largura : 10 -100 µm 
glóbulos
vermelhos
grão de pólen
Fulereno
~1 nm de 
diâmetro
Estrutura “Self-assembled”
Várias dezenas de nm
átomos de silício
Espaçamento: 0.078 nm
DNA
~2-1/2 nm de diâmetro
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Alguns produtos da construção podem ser considerados ou 
constituídos por materiais nanoestruturados :
Alumínio anodizado Betão
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Aplicação de materiais nanoestruturados na construção
MATERIAIS 
NANOESTRUTURADOS
MATERIAIS 
NANOESTRUTURADOS
Resistência 
química
Leveza 
Flexibilidade
Resistência 
mecânica
Durabilidade
AutolimpezaAutolimpeza
biocidabiocida
Isolamento 
térmico
Isolamento 
térmico
AnticorrosãoAnticorrosão
sensorsensor
Produção de 
energia 
Produção de 
energia 
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Adição de nanomateriais ao betão � nano-SiO2
Função: �melhoria da resistência e trabalhabilidade
� aumenta a resistência à penetração de água e lixiviação de Ca
�microestrutura promove as reações pozolânicas e de hidratação
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Nano cristais que aceleram o 
processo de endurecimento do betão
Adição de nanomateriais ao betão (ação à nanoescala)
Função:
BASF – X-SEED
� aumento da resistência à 
compressão mais rápido
� redução consumo energético e 
de emissões de carbono
� Nano-cristais � Nanotubos de C 
Função:
� aumento da resistência mecânica 
geral e da resistência à fissuração
futuro
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Aço com microestrutura modificada (ação à nanoescala)
Microestrutura 
lamelar 
minimiza efeitos 
microgalvânicos
Função:
� aumento da resistência à 
mecânica, ductilidade e rigidez
� aumento resistência à corrosão
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Adição de nanomateriais ao betão� nanofibras ópticas
World Expo 
Shanghai, China, 
Pavilhão Italiano
Função: 
� tornar o betão transluzente
A 
transmissão 
de luz é 
maior na 
direção em 
que as fibras 
estão 
alinhadas
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Aerogel de sílica� leveza
� isolamento térmico e acústico
� iluminação
� Nanomaterial como produto da construção
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Adição de nanomateriais ao betão � nano-TiO2
Função: � auto-limpeza
� promove a degradação de poluentes atmosféricos (NOx, CO, SOx )
�melhoria de resistência à compressão e à abrasão
Ação fotocatalítica Igreja da Divina Misericórdia (Roma)
Paredes brancas, limpas por muito tempo
TiO2 anatase
UV
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Revestimentos nanoestruturados contendo nano-TiO2
• vidros
Função: � auto-limpeza
� anti-embaciamento
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• fachadas de edifícios
Revestimentos nanoestruturados híbridos contendo nano-SiO2
Função:
� auto-limpeza
� anti-envelhecimento:
menor retenção de poeiras
resistência ao enfarinhamento
resistência à fissuração
melhor retenção de cor
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Revestimentos nanoestruturados proteção anticorrosiva 
(metais)
em desenvolvimento
Substituição dos pré-tratamentos à 
base de crómio (VI) 
� Elevada toxicidade ambiental
Sistemas integrados de revestimento 
multifuncionais 
� Dispensa pré-tratamento
�Mais amigos do ambiente
início
fu
tu
ro
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HÍBRIDO
orgânico inorgânico
• flexibilidade
• compatibilidade orgânica
•hidrofobicidade
• resistência química
• dureza
• aderência à base
polímeros cerâmicos
Ef. Sinérgico
Propriedades 
ÚNICAS
Revestimentos híbridos nanoestruturados � promissores
� reduzida espessura 
� resistência química
� ação anticorrosiva – barreira
Existem algum aplicações comerciais:
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Espécies 
corrosivas
Alumínio
Revestimento
Inibidor
nanopartículas
Óxidos passivantes
Revestimentos híbridos nanoestruturados � Estudos LNEC
• Ligas de alumínio
� promotor aderência (s/ Cr)
� ação anticorrosiva (barreira+ativa) 
Função:
Após ensaio de corrosão
Esquema do revestimento nanoestruturado [a]
(AFM) Morfologia da superfície do revestimento
Incorporação de inibidores de corrosão 
em nanopartículas formadas in situ Ação anticorrosiva ativa
Rev. hibridos
com lacagem
[a] I. Rute Fontinha - Tese doutoramento
Nanoestrutura
de SiO2-ZrO2
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Revestimentos híbridos nanoestruturados � Estudos LNEC
• Aço e aço galvanizado 
Esquema do revestimento nanoestruturado [b]
[b] Rita Figueira - Tese doutoramento (em curso)
� auto-reparadora
“self-healing”
�ação anticorrosiva 
(barreira+ativa) 
�maior durabilidade
Função:
Para além da introdução 
de inibidores de corrosão, 
são incorporados no 
revestimento híbrido 
agentes reparadores da 
matriz deste
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Ligas de alumínio
Revestimentos 
nanoestrurados
Desenhados à 
medida
FIM
Revestimentos híbridos nanoestruturados � Estudos LNEC
Aço, aço galvanizado
DIFERENTES 
SUBSTRATOS
Ligas de 
cobre 
Materiais vítreos 
Madeira
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O revestimento de oxidação anódica do alumínio anodizado é constituído 
por uma estrutura nanoporosa
Camada barreira
~ 2-200 nm
Alumínio
Camada porosa: 
Øporo~ 20 – 100 nm
Estrutura do revestimento 
anódico 
Imagem no MEV
A
t
é
 
1
5
 
-
3
0
 
µ
m
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O betão é um material complexo, nanoestrurado: é constituído por uma fase
amorfa, nano-micro cristais, e água. A fase amorfa, silicatos de cálcio hidratados
(CSH) – a “cola” que mantem o betão agregado – também é nanoestruturada
CSH
macro micro nano
Resolução atómica 20 x 20 nm2
As propriedades e os processos à nanoescala definem interações entre partículas e
fases que ocorrem à microescala e os efeitos das cargas aplicadas e do meio
envolvente à macroescala.
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Nanotubos de carbono
O betão auto sensor – propriedades elétricas sensíveis à variação de tensões
(compressão)
� segurança estrutural
� sensor de tráfico
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Obrigada pela atenção
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