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1. INTRODUÇÃO Á
CIENCIA DE MATERIAIS
UTAD

2. ÍNDICE
► Perspectiva Histórica
Pedra - Bronze - Ferro - Materiais Avançados
► O que é Ciência e Engenharia de Materiais
Processamento, Estrutura, Propriedades e Performance
► Classificação dos Materiais
Metais, Cerâmicos, Polimeros, Semicondutores
► Materiais Avançados
Materiais electrónicos, supercondutores,etc.
► Materiais do Futuro
Materiais Biodegradáveis, Nanomateriais, “Smart Materiais”

3. Perspectiva Histórica
. Inicio da Ciência dos Materiais – o Homem começou a fazer ferramentas a
partir da pedra – Inicio da Idade da Pedra á cerca de 2 milhões de anos.
Materiais naturais: pedra, madeira, argila, peles de animais.
. A Idade da Pedra terminou á cerca de 5000 anos com a introdução do
Bronze. O bronze é uma liga de cobre + >25%estanho + outros elementos.
O bronze pode ser martelado ou vazado numa grande variedade de formas.
. A Idade do Ferro começou á cerca de 3000 anos e ainda continua. O uso do
ferro e do aço, um material mais resistente e económico, mudou
drasticamente a vida diária.
. A Idade dos Materiais Avançados: ao longo da idade do ferro muitos novos
tipos de materiais foram introduzidos – cerâmicos, semicondutores,
polímeros, compósitos…
Entender as relações entre estruturas, propriedades, processamento e
performance é o objectivo da Ciência dos Materiais.
Desenho inteligente de novos materiais.

4. ► Um melhor entendimento das relações estrutura-
composição-propriedades levou a um notável
desenvolvimento das propriedades dos materiais.
Um exemplo é o dramático progresso no cociente
resistência/densidade que resultou numa grande
variedade de novos produtos, desde materiais
dentários a raquetes de ténis.

5. O que é a Ciência e Engenharia de
Materiais?
Processamento
Optimização dos
Materiais
Propriedades
Estrutura
Observação

6. Estrutura
► Nível Subatómico – Estrutura electrónica dos
átomos individuais que define a interacção entre
átomos (ligação interatómica).
► Nível Atómico – Arranjo de átomos em materiais
(para os mesmos átomos podem acontecer
diferentes propriedades), ex. 2 formas de
carbono: grafite e diamante.
► Nível microscópico – arranjo de pequenos grãos
num material que podem ser observados por
microscopia.
► Nível macroscópico – elementos estruturais que
podem ser observados a “olho nu”.

7. Escalas de Grandeza
Distancia interatómica ~ alguns Ao
Cabelo humano ~ 50mm
Linhas alongadas que formam as pistas de um CD ~ 50mm largura,
No mínimo ~ 0,5mm espessura e 125nm de altura

10. PROPRIEDADES
Forma como o material responde ás forças do ambiente e forças
externas.
► Mecânicas – resposta ás forças mecânicas, resistência, etc.
► Eléctricas e magnéticas – resposta a campos eléctricos,
condutividade, etc.
► Térmicas – relacionadas com a transmissão de calor e
capacidade calorífica.
► Ópticas - relacionadas com absorção, transmissão e dispersão
da luz.
► Estabilidade química em contacto com o ambiente –
resistência á corrosão.

11. Tipos de Materiais
Classificação segundo a forma como os átomos
estão ligados
► Metais – os electrões de valência estão separados
num”mar de electrões” que “cola” iões entre si.
Resistentes, dúcteis, condutores de electricidade e
calor, brilhantes se polidos.
► Semicondutores – a ligação é covalente. A sua
condutividade depende fortemente de ínfimas
quantidades de impurezas. Exemplos: Si, Ge, GaAs

12. ► Cerâmicos – os átomos comportam-se como iões
+ e – e estão ligados for forças de Coulomb. São
usualmente combinações de metais ou
semicondutores com O2, N2 ou C (óxidos, nitratos
e carbonetos). Duros, frágeis, isolantes. Exemplos:
vidro, porcelana.
► Polimeros – ligados por forças covalentes e fracas
forças de Van der Waals, usualmente baseados
em C e H. Decompõem-se a temperaturas
moderadas (100-400oC), e são leves. Exemplos:
plásticos, borracha.
Tipos de Materiais
Classificação segundo a forma como os átomos
estão ligados

13. METAIS
Vários usos de aço e alumínio

14. CERAMICOS

15. POLIMEROS

16. COMPOSITOS
Fibras de vidro reforçadas num matriz
polimérica

17. SEMICONDUTORES
Sistemas micro-elctromecânicos
Wafer de Si para chips de computadores

18. Selecção de materiais
Diferentes materiais exibem diferentes estruturas cristalinas e
diferentes propriedades
Alumínio (a)
Magnésio (b)

19. Selecção de materiais
Diferentes materiais exibem diferentes microstrutura e
propriedades resultantes
Deslocações nas fronteiras de grão do
alumínio
Deslizamento de um defeito linear na
Fronteira de grão
A deformação super plástica envolve baixas tensões de deslizamento ao
longo de fronteiras de grão, um processo complexo do qual os cientistas de
materiais tem conhecimento limitado e que é tema de investigações
actuais.

20. Selecção de materiais
Como decidir um material específico para determinada aplicação?

21. Composição, ligação, estrutura cristalina,
processamento e microstrutura definem as
propriedades do material

22. FUTURO DA CIENCIA DE MATERIAIS
Desenhar materiais com características específicas
desejadas directamente do nosso conhecimento da
estrutura atómica
► Miniaturização – Materiais nanoestruturais
com microstrutura com escalas entre 1 e
100nm e propriedades pouco usuais.
Componentes electrónicos, materiais para
computação quântica.
► Smart materials – asas de avião que
degelam por elas próprias, edifícios que
estabilizam quando sujeitos a tremores de
terra…

23. ► Materiais amigos do ambiente – plásticos bio
degradáveis ou foto degradáveis, avanços no
processamento de lixos nucleares,etc.
► Aprendendo com a natureza – tecidos duros de
conchas podem ser tão resistentes quanto os
cerâmicos produzidos em laboratório, os moluscos
produzem adesivos biocompatíveis que sabemos
produzir…
FUTURO DA CIENCIA DE MATERIAIS
Desenhar materiais com características específicas
desejadas directamente do nosso conhecimento da
estrutura atómica

24. FUTURO DA CIENCIA DE MATERIAIS
Desenhar materiais com características específicas
desejadas directamente do nosso conhecimento da
estrutura atómica
Materiais para baterias de baixo peso com
elevada densidade de armazenamento, para
laminas de turbina que podem operar a
2500oC, supercondutores a temperatura
ambiente?
Sensores químicos (nariz artificial) de
extrema sensibilidade, camisolas de algodão
que nunca necessitam de ser passadas a
ferro…