Materiais Modernos
“As propriedades macroscópicas observáveis dos materiais são o
resultado das estruturas e processos em níveis atômico e
molecular.”
Lucas Spínola Martins
17098
Lucas Yoshio Arai
17099
Vinícius Abrantes de Souza 17130
Sumário







Cristais-líquidos;
Polímeros;
Biomateriais;
Cerâmicas;
Supercondutividade;
Filmes finos;
Referências bibliográficas.
Cristais-líquidos
 Descoberta feita pelo
botânico Frederick
Reinitzer com o benzoato
de colesterila;
 É uma fase intermediária
entre a fase sólida e a fase
líquida;
 Possui características de
ambas as fases;
 Possui parte da estrutura
dos sólidos e parte da
liberdade de movimento
dos líquidos;
 Normalmente são
moléculas longas e no
formato de tubos.
1 2 3 4 5 6
Cristais-líquidos
 Tipos de fases:
– Fase nemática
(menos
ordenada);
1 2 3 4 5 6
Cristais-líquidos
 Fase
esmética;
Cristais-líquidos
 Fase colestérica
(mais ordenada).
Cristais-líquidos
 Aplicações:
 Telas LCD de
monitores, vídeo
games, relógios e
aparelhos eletrônicos
diversos, devido à sua
propriedade
anisotrópica óptica.
1 2 3 4 5 6
Polímeros
 O que são polímeros?
 São compostos formados
pela repetição constante de
uma mesma molécula.
 As unidades constituintes
dos polímeros são
denominadas monômeros.
 Exemplos: plásticos, DNA,
proteínas, borracha etc.
1 2 3 4 5 6
Tipos de polimerização
 Polimerização por adição
Formam polímeros com unidades
repetitivas de fórmula molecular idêntica
ao monômero de partida.
1 2 3 4 5 6
Ex.: Polimerização por adição
1 2 3 4 5 6
Tipos de polimerização
 Polimerização por condensação
- Polimerização por condensação: as
moléculas se unem por meio da eliminação
de uma molécula pequena (por exemplo, a
água)
- Os polímeros formados a partir de dois
monômeros diferentes são chamados de
copolímeros
1 2 3 4 5 6
Ex.: Polimerização por condensação
Ácido tereftálico
Etileno glicol
Tereftalato de etileno - poliéster
1 2 3 4 5 6
Tipos de polímeros
 Plástico: materiais que podem ser moldados.
 Termoplástico: materiais que podem ser moldados mais
de uma vez.
 Termocurado: materiais que podem ser moldados apenas
uma vez.
 Elastômero: material que é de alguma forma elástico. Se
uma quantidade moderada de força deformante é
adicionada, o elastômero retornará à sua forma original.
Útil para fibras.
1 2 3 4 5 6
Tipos de polímeros
Sacolas (termoplástico)
Camisa de poliéster
(elastômero)
Dentadura (termocurado)
1 2 3 4 5 6
Estrutura e propriedades físicas dos polímeros
 Cadeias de polímeros tendem a ser flexíveis e facilmente entrelaçadas
ou cruzadas;
 Grau de cristalinidade: é a fração de regiões organizadas em relação
ao material todo;
 O estiramento de um polímero pode aumentar o grau de cristalinidade.
 O grau de cristalinidade também é determinado pela massa molecular
média. Ex.:
– polietileno de baixa densidade tem uma massa molecular média na
faixa de 10.000 u (utilizado em pacotes plásticos);
– polietileno de alta densidade tem uma massa molecular média na
faixa de 1.000.000 u (utilizado em garrafas plásticas para leite).
1 2 3 4 5 6
Estrutura e propriedades físicas dos polímeros
1 2 3 4 5 6
Polímeros com ligação cruzada
 São ligações formadas entre as cadeias de polímeros
fazendo com que o polímero fique mais firme.
1 2 3 4 5 6
Biomateriais
 Materiais que possuem
aplicação biomédica;
 Todo biomaterial deve ser
biocompatível para não
desencadear reações
imunológicas em nossos
organismos;
 Devem atender a
exigências físicas e
químicas.
1 2 3 4 5 6
Biomateriais
 Aplicações
– Substituições e reparos do coração;
– Implantes vasculares;
– Tecidos artificiais;
– Substituições de bacia.
1 2 3 4 5 6
Biomateriais
 Exemplos de biomateriais
poliméricos:
Pele artificial de quitina
Aorta real e aorta artificial
1 2 3 4 5 6
Cerâmicas
 Cerâmicas são materiais inorgânicos, sólidos, nãometálicos, podendo ser cristalinas ou não-cristalinas. As
não-cristalinas incluem vidro e outros materiais com
estrutura amorfa. Normalmente são duras, quebradiças e
estáveis a temperaturas muito altas.
1 2 3 4 5 6
Processamento de cerâmicas
 Geralmente
as
cerâmicas
desenvolvem
microfissuras aleatórias não detectáveis durante o
processamento, que são a origem de quebras e
rachaduras.
 Sinterização: é o aquecimento de partículas
uniformes muito puras (cerca de 1 μm em
diâmetro) sob pressão para forçar a ligação das
partículas.
 Processo sol-gel: é um método importante para a
formação de partículas uniformes puras.
1 2 3 4 5 6
Processo sol-gel
Metal
Álcool
Alcóxido metálico
 O produto alcóxido, é dissolvido em um solvente alcoólico apropriado.
Álcóxido
Sol
 O Ti(OH)4 está presente nesse estágio como um sol, uma suspensão
de partículas extremamente pequenas.
 O gel é formado a partir da condensação do sol, apresentando uma
consistência de gelatina. Quando esse material é aquecido, todo o
líquido é removido e o gel é convertido em pó de óxido.
1 2 3 4 5 6
Compósitos cerâmicos
• Compósitos: mistura complexa
de dois ou mais materiais
produzindo a cerâmica.
• Resultado: cerâmica mais
resistente.
• Método mais eficiente: adição
de fibras a um material
cerâmico.
• Por definição, uma fibra tem
comprimento de no mínimo cem
vezes seu diâmetro.
• Exemplo: fibras de SiC (carbeto
de silício).
1 2 3 4 5 6
Aplicações das cerâmicas
• Usadas na indústria de instrumentos
cortantes;
• Usadas na indústria eletrônica (circuitos
semicondutores integrados normalmente
fabricados de alumina);
• Materiais de piezoelétrica, usados em
relógios e geradores ultrasônicos;
• Ladrilhos usados na superfície externa de
ônibus espaciais.
1 2 3 4 5 6
Aplicações das cerâmicas
1 2 3 4 5 6
Supercondutividade
 Em 1911, o físico
holandês H. Kamerlingh
Onnes descobriu que o
mercúrio quando é
resfriado abaixo de 4,2 K
perde toda sua resistência
ao fluxo de elétrons;
 Teoria BCS (explica bem o
fenômeno mas ainda não
é satisfatória).
1 2 3 4 5 6
Supercondutores
 Tabela das temperaturas de transição da supercondutividade
1 2 3 4 5 6
Supercondutores
 Aplicações:
 Incrível potencial econômico
para dispositivos elétricos;
 Suporte para novas
tecnologias de microchips;
 Efeito Meissner: construção
de trens de alta velocidade
(Transrapid de Xangai);
 Geração de campos
magnéticos intensos para o
funcionamento de
equipamentos médicos
(IRM).
1 2 3 4 5 6
Filmes finos
• O termo filme fino não tem definição precisa. Em
geral refere-se a filmes com espessura variando
de 0,1 μm a aproximadamente 300 μm.
• Para um filme fino ser útil, ele deve possuir todas
ou a maioria das seguintes propriedades:
 ser quimicamente estável;
 aderir bem à superfície;
 ser uniforme;
 ser puro;
 ter baixa densidade de imperfeições.
1 2 3 4 5 6
Usos de filmes finos
• Microeletrônica
(condutores, resistores e
capacitores);
• Revestimentos ópticos
(para reduzir a reflexão de
uma lente);
• Revestimentos de
proteção para metais;
• Aumento de resistência de
ferramentas;
• Redução de arranhões em
vidros.
1 2 3 4 5 6
Fabricação de filmes finos
 Deposição à vácuo: o filme fino é aquecido
em uma câmara de alto vácuo. As
moléculas vaporizadas se deslocam em
linha reta para o ponto de deposição e a
uniformidade é obtida ao girar a peça.
1 2 3 4 5 6
Emissão
 Alta voltagem aplicada
através do gás, resulta
na ionização;
 Os íons são
acelerados no sentido
do alvo carregado
negativamente,
chocando-se com os
átomos de metal da
superfície.
1 2 3 4 5 6
Decomposição de vapor químico
 A superfície é revestida com um composto
volátil a uma temperatura alta.
 Sobre a superfície, o composto sofre uma
reação
química
para
formar
um
revestimento estável.
1 2 3 4 5 6
Referências bibliográficas
 Química: A Ciência Central – Brown,
LeMay, Bursten – 9ª edição;
 http://images.google.com.br/;
 http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/poli
meros.html;
 http://www.seara.ufc.br/especiais/fisica/supe
rcondutividade/supercondutividade.htm.