Analytical solutions Ù soluções baseadas em métodos numéricos.
Microestrutura: é a estrutura de um material à escala micro, que pode ser “visível” na superfície
ou numa película
lí l fina
fi dum
d
material
t i l através
t é dum
d
microscópio.
i
ó i Tendo
T d em conta
t a microestrutura
i
t t
os
materiais podem ser classificados em metálicos, poliméricos, cerâmicos e compósitos. A
microestrutura influencia fortemente as propriedades físicas dum material.
Melting Ù fusão.
Annealing: é um tratamento por calor que altera as propriedades dum material (dureza,
Resistência, …). Neste processo aquece-se o material até uma dada temperatura, que é mantida
por algum tempo e depois arrefece-se lentamente.
Lattice (Ù grid,mesh/grelha,rede) – a estrutura dum cristal é constituída por um motif, um
conjunto de átomos organizados de uma determinada maneira, e um lattice. Os motifs estão
localizados sobre os pontos do lattice, que é constituído por um conjunto de pontos que se
repetem periodicamente nas 3 dimensões. Os pontos podem ser vistos como formando pequenas
caixas de forma idêntica (células unitárias), que preenchem o espaço do lattice. O comprimento
de cada aresta da célula unitária e os ângulos formados entre elas constituem os parâmetros de
lattice.
FEM – Finite Element Method (método numérico par resolver problemas por aproximação).
Constitutive equation (law): é uma relação entre duas quantidades físicas, especifica para um
dado material, que não resulta directamente de uma lei da física. Combinando estas equações
com outras leis da física consegue resolver-se problemas (da física) como o fluxo dum liquido por
um tubo, ou a resposta dum cristal a um campo eléctrico.
A l ti function:
Analytic
f
ti
é uma função
f ã que pode
d ser expressa localmente
l l
por uma série
é i de
d potência
ê i
convergente para um certo valor.
Dislocation (discordância/deslocamento/deslocação): defeito linear em torno do qual ocorre o desalinhamento de alguns átomos do
lattice dum cristal.
Vacancy: defeito pontual num cristal, correspondendo a faltar um átomo num dado ponto da estrutura lattice.
Interstitial: defeito num cristal, em que um átomo ocupa um ponto da estrutura lattice normalmente desocupado ou em que
2+ átomos ocupam o mesmo ponto do lattice. Ou seja, o número de átomos é maior que o número de pontos do lattice.
Dopant: é uma impureza adicionada a um cristal ou ao lattice dum semicondutor, numa concentração reduzida, de modo a
alterar as propriedades ópticas/eléctricas desse cristal/semicondutor.
Diffusion: movimento de partículas de uma zona de alta concentração para uma baixa concentração.
concentração
Surface reaction: reacção em que pelo menos um dos passos do mecanismo de reacção (sequência de passos que formam
a reacção) é a adsorption de um ou mais reagentes.
Adsorption: processo que ocorre quando um gás ou liquido solúvel se acumula na superfície dum sólido ou dum liquido,
formando um filme de moléculas ou átomos.
Precipitation: é o processo de formação de um sólido (precipitate) numa solução durante uma reacção química.
Nucleation: início de uma fase de transição numa zona de dimensões reduzidas. A fase de transição pode consistir na
formação duma bolha ou de um cristal num líquido.
Crack Ù fractura.
Shearing (lascar/laminar/deslizamento ): ocorrência de uma deformação dum material em que superfícies internas e
paralelas deslizam uma sobre a outra.
Disclination: é um defeito linear em que a simetria de rotação foi violada, ou seja, é um defeito na orientação preferencial
das moléculas do material.
Recrystallization: técnica usada para purificar um composto químico,
químico em que o composto é dissolvido num solvente e
arrefecido lentamente para formar cristais.
Plasticity: é qualidade ou estado de se ser um plástico. Ou seja, é a propriedade de um sólido que suporta mudanças
permanentes de forma ou tamanho quando sujeito a um força que excede determinado valor, sem ocorrer ruptura.
Polycrystalline: material composto por um agregado de cristais muito pequenos com orientações aleatórias.
Laser ablation – remoção/dissipação por laser.
PDE – Partial Differential Equation.
Um modelo continuo explica uma variação através duma transição quantitativa gradual sem
mudanças abruptas ou descontinuidades.
descontinuidades
O “modelo espaço-tempo continuo” define o espaço e o tempo como sendo contínuos, em vez de
entidades separadas. Por exemplo, o espectro da luz é normalmente designado como sendo um
“espectro continuo” (possui energia em todos os comprimentos de onda) ou então como sendo um
“espectro discreto” (possui energia apenas em alguns comprimentos de onda).
Diffusion-limited aggregation (DLA) é um processo em que partículas efectuando um
movimento aleatório se agrupam para formar um agregado dessas partículas.
partículas Esta teoria aplica-se
no processo de agregação em sistemas em que a difusão é o principal meio de transporte. Os
agregados (clusters) formados num processo DLA são designados por Brownian trees. Estes
agregados são um exemplo de fractal.
Percolation: é um movimento e filtragem de fluidos através dum material poroso.
Goal of computational nanotechnology: develop theory, models, and large scale
simulations to establish the scientific basis and as cost-effective design tools in
meeting grand challenges in fields such as nanoelectronics, optoelectronics,
photonics, sensors, or structural materials.
The approach is: (i) modeling and simulation across time and length scales; (ii)
coupling fundamental physics, chemistry, and material science; (iii) validation
against experiments.
experiments
Um filme de níquel com 50nm é irradiado/atingido por um pulso de laser.
EAM type potential – Embedded Atom Model (inter-atomic) potential, mostly
used in metals, represents an approximation that describes the energy between
two atoms. The energy is a function of a sum of functions of the separation
between an atom and its neighbours.
Mechanical twinning (geminação mecânica): A twin is a region within a crystal
where the crystal lattice is oriented mirrored to the lattice of the surrounding
crystal (the parent).
parent)
hop Ù salto
Brittle Ù quebrável, frágil
Ductile Ù maleável
Tangle Ù emaranhado, confusão
Blunted Ù enfraquecido, atenuado, rombudo (contrário de afiado)
Plastic deformation: é uma deformação irreversível dum objecto, que se seguiu
a uma deformação elástica (reversível), que regressará parcialmente à forma
original após remoção das forças aplicadas.
Work/strain hardening: representa o endurecimento dum material provocado
por uma deformação plástica, que se traduz num aumento da densidade de
discordâncias. Quanto mais saturado de discordâncias ficar o material, mais se
evita a criação de novas discordâncias.
discordâncias
FCC (Face Centered Cubic): O sistema cristalino cúbico, o mais comum em cristais e minerais,
é um sistema
it
cristalino
i t li em que as células
él l unitárias
itá i possuem a forma
f
d cubo.
de
b As
A principais
i i i
variantes deste tipo de cristais são: simple cubic, body-centered cubic (BCC) e face-centered
cubic (FCC).
Ductile starting conditions:
A cube of more than a billion atoms has two notches (cortes/ranhuras) cut into the middle of
pp
g faces. The crystal
y
is stretched outward by
y 4% in the horizontal ((left-right)
g ) direction by
ya
opposing
force pulling apart the cube. To show how the atoms respond to this stress, we render invisible
those atoms with a normal, bulk-material potential energy. This visualization trick allows us to
look deep inside the material and see only those atoms in deformed areas, such as dislocations and
cracks in what began as a perfect crystal structure.
Ductile simulation summary:
Outward forces pull this cube's left and right-hand faces. At the tips of the two notches, atoms
begin to slide past each other, forming dislocations, which travel through the material like a ripple
(onda) in a rug (tapete). A spaghetti-like network of many dislocations is created as the material
deforms. Colliding dislocations create immobile imperfections that are barriers to mobile
dislocations. As additional force is applied, the three-dimensional train wreck of colliding
dislocations hardens the material, eventually making it prone (propenso) to brittle failure.
Thermal confinement Ù isolamento térmico.
Na figura (a), (b), (c) e (d) são amostras, em sequência, da simulação/animação.
Analyte: it is a substance, or chemical constituent, that is determined in an analytical procedure.
Electrolyte: it is any substance containing free ions that behaves as an electrically conductive
medium.
Electrospray: it is a device using electricity to disperse a liquid or the fine aerosol resulted in this
process. High voltage is applied to a liquid supplied through an emitter. Ideally the liquid reaching
the emitter tip forms a Taylor cone, which emits a liquid jet through its apex (extremidade).
Varicose
V
i
waves on the
h surface
f
off the
h jet
j lead
l d to the
h formation
f
i off small
ll andd highly
hi hl charged
h
d liquid
li id
droplets, which are radially dispersed due to Coulomb repulsion.
Electrospray uses electricity to form the droplets. In electrospray, a liquid is passing through a
nozzle. The plume of droplets is generated by electrically charging the liquid to a very high
voltage. The charged liquid in the nozzle becomes unstable as it is forced to hold more and more
charge. Soon the liquid reaches a critical point, at which it can hold no more electrical charge and
at the tip of the nozzle it blows apart into a cloud of tiny, highly charged droplets.
Aerosol: it is a suspension of fine solid particles or liquid droplets in a gas.
When a small volume of electrically conductive liquid is exposed to an electric
field, the shape of liquid starts to deform from the shape caused by surface
tension alone. As the voltage is increased the effect of the electric field becomes
more prominent and as it approaches exerting a similar amount of force on the
droplet as the surface tension does a cone shape begins to form with convex sides
and a rounded tip. This approaches the shape of a cone with a whole angle
(width) of 98.6°. When a certain threshold voltage has been reached the slightly
rounded tip inverts and emits a jet of liquid. This is called a cone-jet and is the
beginning of the electrospray process in which ions may be transferred to the gas
phase. It is generally found that in order to achieve a stable cone-jet a slightly
higher than threshold voltage must be used. The term Taylor cone can specifically
refer to the theoretical limit of a perfect cone of exactly the predicted angle or
generally refer to the approximately conical portion of a cone-jet after the
electrospray process has begun.
STM (Scanning Tunneling Microscope): is a technique for viewing surfaces at
the atomic level. An STM good resolution is 0.1 nm lateral resolution and 0.01
nm depth resolution. The STM is based on the concept of quantum tunneling.
Fullerenes: are a family of carbon allotropes molecules composed entirely of
carbon, in the form of a hollow sphere, a ellipsoid, a tube, or a plane. Spherical
fullerenes are also called buckyballs (C60), and cylindrical ones are called
carbon nanotubes or buckytubes.
buckytubes Graphene is an example of a planar fullerene
sheet. Fullerenes are similar in structure to graphite, which is composed of
stacked sheets of linked hexagonal rings, but may also contain pentagonal (or
sometimes heptagonal) rings that would prevent a sheet from being planar.
Allotrope: allotropy is a behavior exhibited by certain chemical elements, which
can exist in two or more different forms, known as allotropes
p of that element. In
each allotrope, the element's atoms are bonded together in a different manner.
Allotropes are different structural modifications of an element.
C60: The structure of C60 is a truncated icosahedron, which is a solid
resembling a football ball, made of 20 hexagons and 12 pentagons, with a carbon
atom at the vertices of each polygon (60 atoms on all structure) and a bond along
each polygon edge. The C60 molecule has two bond lengths: the bonds between
two hexagons can be considered "double bonds“ and are shorter than the bonds
between a hexagon and a pentagon.
Pinned Ù fixo
Gas turbine (or combustion turbine): is a rotary engine that extracts energy from
a flow of combustion gas. It has an upstream compressor coupled to a
downstream turbine, and a combustion chamber in-between.
Blade Ù pá
Alloy Ù liga (mistura de elementos/metais)
Annealing is a heat treatment wherein a material is altered, causing changes in its
properties such as strength and hardness. It is a process that produces conditions
by heating to above the recrystallization temperature, maintaining a suitable
temperature, and then cooling. Annealing is used to induce ductility, soften
material, relieve internal stresses, refine the structure by making it homogeneous,
and improve cold working properties.
Results of the zone annealing: the grain size in the initial, randomly oriented,
microstructure is about ten microns. The figure shows the development of a
columnar grain structure that is more resistant to deformations, which results
when the material is pulled through a highly localized hot zone (a narrow vertical
region at the middle of the figure Ù zone that separates columns from grains).