Materiais Modernos: Cristais-Líquidos, Polímeros e Cerâmicas

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18/08/2016
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Professor MSc. Atailson Oliveira da Silva
Química Geral Teórica- Experimental
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Materiais Modernos
 Os químicos tem contribuído para a Ciência de Materiaisinventando substâncias completamente novas edesenvolvendo meios para o processamento de materiaisnaturais para formar fibras, filmes, revestimentos, adesivos esubstâncias com propriedades elétricas, magnéticas ouóticas especiais.
“Para entendermos a estrutura macroscópica epropriedades de um material devemos estudá-la em nívelatômico e molecular.”
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Cristais-Líquidos
O que são?
 Cristal-Líquido é um material cuja estrutura apresenta ordenação intermediáriaentre sólido e o líquido e assim também se comportam as forças intermoleculares.
Características
 O cristal-líquido apresenta propriedades tanto de sólido (ordem) quanto de líquido(fluidez).Exemplo:
O benzoato de colesterila acima de 179ºC é transparente. Entre 145ºC e 179ºC é leitoso e possui comportamento líquido-cristalino. 
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Tipos de fases líquidas-cristalinas
o Líquido Normal: Apresenta suas moléculas orientadas aleatoriamente. 
• As moléculas de cristais-líquidos normalmente são alongadas na forma de tubos. Há três tipos de fase cristalina líquida dependendo da ordenação:
Cristais-líquidos nemáticos ( os menos ordenados): ordenados apenas na direção do eixo longo da molécula;
Cristais-líquidos esméticos: ordenados na direção do eixo longo da molécula e em uma outra dimensão;
Cristais-líquidos colestéricos: ordenados em camadas, conforme uma espiral ( os mais ordenados).
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Utilidade:
 Os cristais-líquidos são utilizados como sensores de pressão etemperatura, e como visores de televisão, notebooks, palmtops,celulares, calculadoras etc... São utilizados em tais dispositivos pois as fracas interaçõesintermoleculares características dos cristais-líquidos os tornamsensíveis a variações de temperatura, pressão e camposmagnéticos.
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PolímerosO que são:
• Os polímeros são moléculas gigantescas, constituídas demuitas moléculas menores.• As unidades constituintes dos polímeros são denominadasmonômeros.
Exemplos: plásticos, DNA, proteínas, borrachas, etc.
Características:
• Existem inúmeros polímeros e cada um apresentapropriedades e estruturas que são importantes para autilização do dia a dia.
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Formação:
Polímeros por adição:Um dieno conjugado é somado inúmeras vezes até formaruma estrutura de tamanho maior.Exemplo: polietileno, formado a partir da junção de váriasmoléculas de etileno.
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Polímeros por condensação:Quando dois monômeros se unem formando umamolécula maior e eliminando uma molécula menor, como porexemplo a água.
Exemplo de polimerização por condensação: a formação do náilon. 
Obs: Polímeros formados a partir de monômeros diferentes são denominados copolímeros. 11
Tipos:
Elastômero: material que é de alguma forma elástico. Se umaquantidade moderada de força deformante é adicionada e emseguida retirada o elastômero retornará à sua forma original.Útil para fibras.
Plásticos: Materiais que podem ser fabricados em váriosformatos, geralmente por aplicação de calor e pressão.I. Termoplásticos: materiais que podem ser moldados mais deuma vez utilizando temperatura e/ou pressão.II. Termocurado: materiais que podem ser moldados apenasuma vez. Isto ocorre em virtude de sua modelagem serrealizada através de uma reação química.
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Curiosidade:
• Plásticos reciclados: Observando a base de um recipiente deplástico reciclado, notaremos o número e a abreviaturacorrespondente ao polímero formador do material.
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Estrutura e propriedades físicas dos polímeros:
A cadeia não está em linha reta (geometria tetraédrica) Liberdade dos átomos para realizar “giro” (C-C)A flexibilidade nas cadeias poliméricas fazem com que osmateriais poliméricos sejam macroscopicamente muitoflexíveis.
Grau de cristalinidade é a quantificação da ordenação em um polímero.
O estiramento ou o encolhimento de um polímero aumenta sua cristalinidade. 
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Cerâmicas
O que são:
Cerâmicas são materiais inorgânicos, sólidos e não metálicos processados em altas temperaturas. 
Tipos:
a) Cristalinas (formas definidas)b) Não cristalinas (estruturas amorfas)
Apresentam estruturas com ligações covalentes, iônicas ou combinações de ambas ( caráter misto: iônico-covalente)
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Características Gerais:
Propriedades Térmicas: Estáveis em altas temperaturas econdições severas.
Propriedades Elétricas: Podem ser isolantes elétricos ( alumina,vidro de sílica (SiO2), semicondutores: SiC, B4C e supercondutores((La, Sr)2CuO4Cu4O11)
Propriedades Mecânicas: duros, resistentes ao desgaste,resistentes a corrosão e frágeis, ou seja, não sofrem deformaçõesplásticas.
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Exemplos de Materiais Cerâmicos:
Cerâmicas Tradicionais: materiais de origem argilosa (louça, tijolos refratários, telhas)
 Abrasivos Cimentos  Vidros
Cerâmicas Avançadas: utilizada em aplicações eletrônicas,térmicas, mecânicas, ópticas, químicas e biomédicas.
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Utilização: Por terem tais propriedades, são utilizadas largamente naciência. Os materiais cerâmicos são utilizados em componenteeletroeletrônicos, em aeronaves, mísseis e espaçonaves.
Industria aeroespacial: revestimento exterior de fibras amorfasde sílica de alta pureza (isolante térmico).
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Industria de Corte: utilizadas em máquinas criadas para modelar ecortar ferro e ligas mais duras ( alumina reforçada). Principaismateriais: AlO3, TiC, TiN.
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Industria Eletrônica: circuitos dos componente criados à partir desubstratos cerâmicos devidos à semicondução.
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Processamento da Cerâmica:
• Materiais cerâmicos, geram, aleatoriamente microfissuras(lacunas) não detectáveis durante o processamento. Taismicrofissuras são origens de rachaduras e quebras.
Processos:
 Sinterização: aquecimento até altas temperaturas e emdeterminadas pressões a fim de que as partículas se unam. Processo Sol-Gel: obtenção de uma rede de óxidos a partir depolimerizações inorgânicas. As partículas obtidas apresentamalta pureza e homogeneidade.
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Compósitos Cerâmicos:
 Mistura de dois ou mais materiais para a formação de ummaterial mais resistente devido a uma melhor interação físico-química.
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Supercondutividade
O que é: É a perda da resistência ao fluxo de uma corrente elétrica causada pelo abaixamento da temperatura específica. (Tc)
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Enorme potencial econômico:
• Economia de energia• Maior viabilidade em construções de aparatos tecnológicos que requerem grande quantidade de energia• Efeito Meissner
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Por que não são utilizados em larga escala?
 Pois a supercondutividade é encontrada a partir detemperaturas baixíssimas, limitando seu uso.
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Filmes Finos
 São materiais de pequena espessura (0,1 μm a 300 μm) quecobrem determinados substratos.
Características:
• Ser quimicamente estável;• Aderir bem à superfície;• Ser uniforme;• Ser puro;• Ter baixa densidade de imperfeições. 
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Uso de filmes finos:
• Microeletrônica: condutores, resistores, capacitores.
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Óptica: revestimento de lentes a fim de reduzir a quantidade de luz refletida a partir das superfícies das lentes. 
Metais: revestimento em metais. 
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Processos de Fabricação:
 Deposição a vácuo: o material é vaporizado ou evaporado em certa superfície.
 Emissão: na qual uma alta voltagem gera átomos energéticos do material a serdepositado.
 Deposição por vapor químico: ocorre uma reação química com a substância nafase de vapor em uma superfície, formando um revestimento estável eaderente.
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Nanomateriais
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Feynman, o profeta da nanotecnologia.
Richard Feynman- “Há muito espaço lá embaixo”-1959
“...podemos escrever os 24 volumes inteiros da Enciclopédia Britânica na cabeça de um alfinete?”
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Desde a química dos sólidos ocorre em todas as superfícies, mais área 
superficial significa aumento da reatividade química. Em 
segundo lugar, a diminuição das partículas, implica mudanças nas propriedades magnéticas, ópticas e elétricas das partículas. 
Pontos Quânticos
Nanotubos de carbono
Fluido Magnético
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Mudanças das Características com a mudança de Tamanho Diferentes características do ouro (Au) quando manipulado em tamanhos menores.
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Cloreto de Ferro II Cloreto de Ferro III
Nanopartículas Magnéticas
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Fluido Magnético- Ferrofluido
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Nanotubos de carbono
Propriedades Apresentadas dependendo da organização dos átomos:
-Condutor;-Semicondutor;-Armazenamento e transmissão de energia;-Resistência Mecânica a tensão;
Imagine uma folha de papel da espessura de uma átomo.
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O que contribuiu para o surgimento da Nanociência?
1) Física Quântica
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2) Microscopias de Alta resolução
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2.1) Microscópio de Transmissão Eletrônica
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2.2) Microscopia Eletrônica de Varredura
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3) Rotas de Síntese Química
-Top-Down-Bottom-up
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A quem interessa o Avanço da Nanociência?
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É possível trabalhar sozinho e avançar nos sistemas Nano?
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