Ciências e propriedades dos materiais - Juan Marco Ferreira Coelho

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Uniasselvi
Centro Universitário Leonardo da Vinci
Engenharia Civil
Ciência e Propriedades Dos Materiais 
Juan Marco Ferreira Coelho
Brusque
2020
Juan Marco Ferreira Coelho
Ciência e Propriedades Dos Materiais 
Trabalho escrito apresentado a matéria ciência e propriedades dos materiais.
Pesquisa sobre definições gerais, curiosidade e aplicações dos materiais: Grafeno, Q-carbono e Fibra de vidro.
Professora: Eliza Bonifacio Scholz Gesleichter
Turma: Engenharia Civil
Brusque
2020
Grafeno
Definição geral:
O Grafeno pode ser considerado um material de (quase) 1001 utilidades, tão ou mais revolucionário que o plástico e o silício– este último usado em grande quantidade na fabricação de diversos componentes eletrônico. Já é conhecido como um dos elementos que vão revolucionar a indústria tecnológica como um todo devido a sua resistência, leveza, transparência e flexibilidade, além de ser um ótimo condutor de eletricidade.
as pesquisas com grafeno começaram em 1947 pelo físico Philip Russel Wallace, o primeiro a descobrir e estudar, mesmo que de uma forma bastante limitada, os princípios do material. Ele se tornou realidade só em 1962 através dos químicos alemães Ulrich Hofmann e Hanns-Peter Boehm, quando o próprio Boehm batizou o composto, resultado da junção das palavras "grafite" e o sufixo "-eno".
Basicamente, o grafeno é um material constituído por uma camada extremamente fina de grafite, o mesmo encontrado em qualquer lápis comum usado para escrever. A diferença é que o grafeno possui uma estrutura hexagonal cujos átomos individuais estão distribuídos, gerando uma fina camada de carbono.
Uso:
Pode limpar a água: além de servir para a evolução dos mais diversos equipamentos eletrônicos, o grafeno também apresenta diversas outras aplicações – como purificar a água, por exemplo, inclusive transformando a água salgada em potável. A ideia é simples e segue os mesmos princípios dos filtros tradicionais.
- Baterias mais eficientes: As baterias são um dos campos de estudo mais abordados pelas universidades do mundo todo quando o assunto é o grafeno. As propriedades do material vêm sendo aplicadas de diversas maneiras – e vários resultados bem positivos já apareceram em testes relativamente simples.
- Novos semicondutores, circuitos, chips...: uma das principais indústrias que estão de olho no desenvolvimento das tecnologias do grafeno é a de semicondutores. Isso porque várias das propriedades do material são muito interessantes para a criação desse tipo de produto.
- Mais, muito mais: além dos tópicos apresentados nesse artigo, o grafeno ainda tem um potencial de uso praticamente infinito. A cada dia novas pesquisas envolvendo o material aparecem, incluindo a criação de roupas, novas e melhores telas com sensibilidade a toques ou o desenvolvimento de materiais superleves e resistentes.
Curiosidade:
Na prática, o grafeno é o material mais forte (200 vezes mais resistente do que o aço), mais leve e mais fino (espessura de um átomo) que existe. Para se ter ideia, 3 milhões de camadas de grafeno empilhadas têm altura de apenas 1 milímetro. Fora isso, ele é transparente, elástico, pode ser mergulhado em líquido sem enferrujar ou danificar sua composição e conduz eletricidade e calor melhor do que qualquer outro componente. Além disso, o grafeno é extremamente barato para ser produzido. Daí vem a tal revolução que o material pode trazer, já que tem muito mais qualidades que o plástico e o silício.
Q-carbono
Definição geral:
Descoberto recentemente por um grupo de pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte, o material não só se mostra mais resistente do que o diamante, como também possui uma série de outras propriedades incríveis. O Q-carbon, por exemplo, é a primeira fase de carbono sólida a ser ferromagnética; além disso, ele brilha quando exposto à energia (não que esse último seja exatamente útil, mas certamente é algo legal).
Como se não fosse suficiente, o Q-carbon ainda é extremamente fácil de ser fabricado. Basta aplicar uma camada de “carbono amorfo” (um tipo de carbono cuja estrutura cristalina ainda não está definida como no grafite ou o diamante, por exemplo) sobre um material como safira, vidro ou polímero plástico, e então usar um laser “como daqueles usados para cirurgias a laser de olho” por alguns nanosegundos, em temperatura e pressão ambiente.
O segredo para o Q-carbon, por sua vez, ocorre logo após o uso do laser, que faz com que o carbono passe dos 3,7 mil graus Celsius: ele é rapidamente resfriado, gerando uma combinação de ligações triplas e quádruplas que o tornam mais forte que o diamante, composto apenas de ligações quádruplas. Como resultado, os pesquisadores geram um filme com espessura de 20 a 500 nanômetros.
Uso:
Apesar de ainda não ser completamente compreendido, o material tem enorme potencial para ser utilizado nas mais diversas áreas da tecnologia. Uma delas seria na criação de telas de TV: “A força do Q-carbon e sua função de baixo-esforço – sua disposição a liberar elétrons – o tornam bastante promissor para desenvolver novas tecnologias de displays eletrônico”, explicou Jay Narayan, autor da pesquisa.
Obviamente, o Q-carbon não se limita a isso. Utilizando diferentes tipos de substratos como base para o carbono amorfo ou mudando o tempo de aquecimento com o laser, é possível controlar a velocidade de resfriamento do carbono. Isso, por sua vez, permite a eles até mesmo criar diamantes dentro da estrutura do Q-carbon (de nanopontos a microagulhas) com enorme precisão.
Curiosidades:
Por mais promissor que seja esse novo material, o Q-carbon sofre dos mesmos problemas que outros materiais igualmente interessantes, como o grafeno ou o carbino: por ser algo incrivelmente novo, ainda há muito a ser avaliado antes de ele realmente poder ser usado em outras tecnologias.
Fibra de Vidro
Definição geral:
A fibra de vidro é um compósito filamentoso de finíssimos fios de vidro, agregados através de resinas, silicones, fenóis e outros compostos solúveis em solventes orgânicos. A fibra de vidro pode ainda conter em sua formulação alguns componentes como óxidos de potássio, ferro, cálcio e alumínio.
A fibra de vidro é obtida industrialmente através do vidro ainda em estado líquido, ou seja, momento em que a sílica (areia), está derretida sob uma temperatura de 1600 ºC. Esse líquido é submetido ao resfriamento sob alta velocidade, onde o controle cinético e térmico favorece a obtenção de fios em tamanhos e diâmetro desejados através da passagem do líquido por finíssimos e reguláveis orifícios de platina, que chegam a produzir cerca de 3000 m de fibra por minuto.
Uso:
Na fabricação de aviões, barcos, carros, caminhões e na construção civil, na produção de peças para computadores e equipamentos de telecomunicação e em diversos outros dispositivos que tenham essa finalidade.
Na odontologia a fibra de vidro é modificada com a adição de substâncias poliméricas como intuito de aumentar sua resistência e auxiliar no tratamento ortodôntico, além de fabricar próteses mais resistentes.
É empregada como isolante térmico, acústico em filtros para gases e líquidos tóxicos quando na forma de lã de vidro. Juntamente com o polietileno forma um material resistente para fabricação de tanques e containers usados para armazenar insumos químicos, água e às vezes algumas matérias primas alimentícias, por que a superfície da fibra de vidro não favorece a formação de colônias microbianas e nem absorção de umidade e gases. A fibra de vidro ainda é utilizada na fabricação de objetos de decoração e utilidades domésticas, como lustres, cadeiras, mesas, na decoração e na propaganda de muitas empresas principalmente na forma de réplicas e bonecos.
Curiosidades:
A fibra de vidro começou a ser fabricada e comercializada pela primeira vez na Europa em meados dos anos 30, com a patente de uma empresa europeia sob o processo de obtenção de vidro maleável. Mas somente na década de 40 que este material expandiu-se pelo mundo sendo amplamente utilizado nos mais diversos segmentosindustriais, provavelmente em função da Segunda Guerra Mundial, visto que este compósito e amplamente utilizado na fabricação de aviões. Em virtude de sua baixa densidade, alta resistência mecânica e facilidade no manuseio, tanto na fabricação de peças acabadas quanto no transporte destas, em virtude de ser um material leve.
A fibra de vidro é comumente encontrada na forma de lã de vidro, malhas, placas e fios em pequenos pacotes utilizados em reparos de objetos fabricados com o material e danificado com o passar do tempo. Esse material é resistente a ação de agentes químicos, a corrosão e ação de gases corrosivos presentes no ar, porém não é resistente a ação do ácido fluorídrico que é capaz de atacar o vidro em função de este composto, apresentar o mais eletronegativo dos elementos químicos em sua composição.
A fibra de vidro também é usada nos cabos de fibra ótica, utilizados no mundo das telecomunicações para transmitir sinais luminosos produzidos por laser ou LEDS.
A fibra de vidro é fornecida em mantas prensadas, tecidos trançados, fitas ou cordéis (rooving) que são lançados ou desfiados sobre o molde e misturados à resina.