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AULA Nº 6
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES ÓPTICAS DOS 
MATERIAIS
Propriedades Ópticas e Comportamentos
• Características ópticas mais conhecidas: Transparência, 
cor, refração e reflexão
* comportamento óptico muda com o comprimento de 
onda da luz
• Luminescência, radiação estimulada de alguns materiais 
 laser e fotodetectores
• Interações dos fótons com átomos individuais
Refração e reflexão
A velocidade de propagação da luz em um sólido 
transparente (v) é menor que a velocidade de 
propagação da luz no vácuo (c). 
O índice de refração (n) de um material é definido como:
Refração e reflexão
Índice de refração (n)
Ar 1,00
Água 1,33
Álcool etílico 1,36
Acrílico 1,49
Vidro 1,50
Glicerina 1,90
Diamante 2,42
Refração e Reflexão
• Duas condições contribuem significantemente para 
aumentar o índice de refração:
• Alta densidade da fase
• Presença de elementos 
com alto numero atômico
A Refração
• Birrefringência 
• A diferença no índice de refração entre os raios de 
luz rápidos e lentos
• Técnica para avaliação de tensões residuais
• Dispersão
• Índice de refração varia com o comprimento de 
onda da luz
Os átomos metálicos têm as suas bandas de alta energia 
parcialmente preenchidas com elétrons. 
• Os metais são opacos a todas radiações eletromagnéticas de 
alto comprimento de onda (ondas de rádio e TV, micro-ondas, 
infravermelho, luz visível e parte da radiação ultravioleta) e 
transparentes às radiações de baixo comprimento de onda 
(raios x e raios γ). 
Propriedades óticas dos materiais 
metálicos:
• Uma pequena parte da energia proveniente do 
decaimento eletrônico é dissipada na forma de calor.
• Grande parte da radiação absorvida é reemitida pela 
“superfície” do metal, na forma de luz visível. 
• A reflectância da maioria dos metais situa-se entre 0,90 
e 0,95.
• A cor de um metal é determinada pela distribuição dos 
comprimentos de onda que são refletidos e reemitidos. 
Por exemplo, o ouro reflete quase que completamente 
luz vermelha e amarela e absorve parcialmente 
comprimentos de onda mais curtos. Já a prata reflete 
eficientemente quase todos os comprimentos de onda 
do espectro visível, daí a sua cor esbranquiçada.
Propriedades óticas dos materiais não 
metálicos
• Os materiais não metálicos (cerâmicos e polímeros) não 
dispõem de elétrons livres (que absorvem os fótons de 
luz no caso dos metais) e podem ser transparentes à 
luz visível. 
• Para esses materiais fenômenos como refração e 
transmissão são importantes, e podem ser utilizados 
para diversas aplicações.
Vidros Ópticos
• Vidros de Soda tem baixo índice de refração e altos 
valores de dispersão.
• Adição de BaO aumenta mais o índice de refração que o 
incremento da dispersão
• Adição de PbO no vidro de Soda lime aumenta o índice 
de refração e a dispersão
• Ajuste nos índices de refração e dispersão podem ser 
conseguidos misturando vidros de Soda com Soda lime
• Vidros para aplicações ópticas devem ser livres de 
tensões residuais
Transparência e Cor
• A absorção ou a transmissão de um material cerâmico 
depende da sua composição:
Vidros de alta Sílica transmitem até ~200 nm
Vidros de boro silicatos transmitem ate ~300 nm
Vidros de janela (soda lime) transmitem ate ~350 nm
Fe2O3 reduz a transmissão no ultravioleta
FeO reduz a transmissão no infravermelho longo
Transparência 
e 
Cor
Vidros Coloridos
• Adição de óxidos modificadores de rede restringem a 
faixa de transparência mas não o limite de transmissão 
da luz visível
Coloração com Pigmentos
• Característica básica: adição de opacificadores que 
restringem seletivamente a transmissão de certos 
comprimentos de onda ou cor
• O nível de oxidação afeta a cor do cristal ou vidro, 
portanto, a cor de produtos cerâmicos queimados 
podem ser parcialmente controladas no processamento.
• Coberturas orgânicas, como pinturas, são adicionadas 
para ajustar a cor.
• Tintas a base de pigmentos podem ter a viscosidade 
controlada (adição de fillers) ou proteção contra 
corrosão (adição de metal primers)
Pigmentos Inorgânicos
Pigmentos Inorgânicos
Luminescência
• Os elétrons são ativados para níveis superiores de 
energia por fótons. Seu subsequente decaimento ao 
nível original de energia 
reemite fótons de 
comprimento de onda 
característico:
• Fluorescência 
• Fosforescência
• Incandescência 
Lasers
• Vantagens da Emissão Estimulada de Luz:
• Luz intensa obtida por processo de emissão quase 
espontâneo de fótons
• Caráter coerente da luz (monocromático e de mesma 
fase)
• Paralelismo do feixe de luz
• Parte crítica do cristal de laser é o íon ativo:
• Preferencialmente elementos de transição de terras 
raras.
Laser de Rubi
• O Rubi é o cristal safira (Al2O3) com cerca de 3%atômico de 
íons Cr+3 substituindo íons de Al+3.
• Fótons de luz visível podem “bombear” elétrons dos íons 
de Cr+3 para níveis energéticos mais altos.
Sensores Ópticos
• sensores ópticos são baseados nas mudanças das 
propriedades ópticas do reagente imobilizado, por meio 
de medidas de reflexão, dispersão, difusão de luz, 
interferência, absorção, refração e difração. 
• Quando um destes fenômenos acontece, as mudanças 
nas propriedades ópticas resultam na modulação de 
uma ou mais das seguintes propriedades: comprimento 
de onda (cor), amplitude, fase ou polarização. 
• O princípio mais simples consiste em detectar objetos 
metálicos e não metálicos que refletem ou interrompam 
o feixe de luz gerado pelo sensor.
Sensores Ópticos
Entre os destaques deste tipo de detecção estão: 
• Não requer contato físico; 
• Sensível a todos os tipos de materiais; 
• Vida útil elevada; 
• Boa repetibilidade; 
• Boa distância sensora; 
• Baixo tempo de resposta;
• Etc.