O documento discute diversos materiais avançados, incluindo cristais-líquidos, polímeros, biomateriais, cerâmicas, supercondutividade e filmes finos. Estes materiais vêm sendo pesquisados desde o século XIX devido às suas propriedades únicas que podem melhorar o avanço científico. Para entender a estrutura macroscópica de um material, é necessário estudá-lo em nível atômico e molecular. Cada material discutido apresenta características, aplicações e desafios para

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2. Introdução
 O intuito desse trabalho é denotar a importância de materiais
quem vem sendo pesquisados desde o século XIX a fim de
explorar suas propriedades e melhorar o avanço no campo
científico.
 Para entendermos a estrutura macroscópica de um
material devemos estudá–la em nível atômico e molecular.
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3. Tópicos
 Cristais-líquidos
 Polímeros
 Biomateriais
 Cerâmica
 Fenômeno da Supercondutividade
 Filmes finos
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4. Cristais-Líquidos
 O que são?
 Cristal-líquido é um material cuja estrutura apresenta ordenação
intermediária entre o sólido e o líquido e assim também se comportam
as forças intermoleculares.
 Características:
 O cristal-líquido apresenta propriedades tanto de sólido (ordem)
quanto de líquido (fluidez ).
 Exemplo: o benzoato de colesterila acima de 179C é transparente.
Entre 145C e 179C é leitoso e possui comportamento líquido-
cristalino.
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5. Cristais-Líquidos
Benzoato de Benzoato de colesterila entre
colesterila acima de 145°C e 179°C (aspecto leitoso,
179°C (fase líquida ) fase líquida-cristalina )
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6. Cristais-Líquidos
Tipos de fases líquidas-cristalinas
• Líquido normal: Apresenta suas moléculas orientadas aleatoriamente.
• As moléculas de cristal-líquido normalmente são longas na forma de
tubos.
• Há três tipos de fase cristalina líquida dependendo da ordenação:
– cristais-líquidos nemáticos (os menos ordenados): ordenados apenas
na direção do eixo longo da molécula;
– cristais-líquidos esméticos: ordenados na direção do eixo longo da
molécula e em uma outra dimensão;
– cristais-líquidos colestéricos: ordenados em camadas, conforme
uma espiral (os mais ordenados).
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7. Cristais-Líquidos
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8. Cristais-Líquidos
 Cristais-líquidos esméticos: normalmente contêm ligações
C=N ou N=N e anéis de benzeno.
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9. Cristais-Líquidos
 Cristais-líquidos colestéricos: baseados na estrutura do
colesterol:
As moléculas em camadas
são orientadas em ângulo
característico em relação ao
das camadas adjacentes para
evitar interações repulsivas.
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10. Cristais-Líquidos
 Utilidade :
 Os cristais-líquidos são utilizados como sensores de pressão e
temperatura, e como visores de televisão, notebooks, palm tops,
celulares, calculadoras etc...
 São utilizados em tais dispositivos pois as fracas interações
intermoleculares características dos cristais-líquidos os tornam
sensíveis a variações de temperatura, pressão e campos
magnéticos.
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11. Cristais-Líquidos
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12. Polímeros
 O que são ?
• Os polímeros são moléculas gigantescas, constituídas de muitas
moléculas menores.
• As unidades constituintes dos polímeros são denominadas
monômeros.
• Exemplos: plásticos, DNA, proteínas, borracha etc.
• Características:
• Existem inúmeros polímeros e cada um apresenta propriedades e
estruturas que são importantes para a utilização no dia a dia.
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13. Polímeros
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14. Polímeros
 Formação:
 Polímeros por adição:
 Um dieno conjugado é somado inúmeras vezes até formar uma
estrutura de tamanho maior.
 Exemplo: polietileno, formado a partir da junção de várias moléculas
de etileno.
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15. Polímeros
 Podemos escrever a equação da reação de polimerização
por adição como segue:
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16. Polímeros
 Polímeros por condensação:
 Quando dois monômeros se unem formando uma molécula
maior e eliminando uma molécula menor, como por exemplo a
água.
H O H O
N H + H O C N C + H O H
 Exemplo de polimerização por condensação: a formação do
náilon.
 Obs: Polímeros formados a partir de monômeros diferentes são
denominados copolímeros
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17. Polímeros
 Tipos:
 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.
 Plástico: Materiais que podem ser fabricados em vários
formatos, geralmente por aplicação de calor e pressão.
- Termoplástico: materiais que podem ser moldados mais de
uma vez.
- Termocurado: materiais que podem ser moldados apenas uma
vez.
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18. Polímeros
 Curiosidade:
 Plásticos reciclados: Observando a base de um recipiente de
plástico reciclado, notaremos o número e a abreviatura
correspondente ao polímero formador do material.
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19. Polímeros
 Estruturas e propriedades físicas dos polímeros
A cadeia não está em linha reta (geometria tetraédrica)
Liberdade dos átomos para realizar “giro” (C-C)
A flexibilidade nas cadeias poliméricas fazem com que os
materiais poliméricos sejam muito flexíveis.
Grau de cristalinidade é a quantificação da ordenação em
um polímero.
O estiramento ou o encolhimento de um polímero pode
Segmento de aumentar sua cristalinidade.
cadeia do
polietileno
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20. Polímeros
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21. Biomateriais
 O que são?
 Os biomateriais são quaisquer materiais que têm aplicações biomédicas.
 Exemplo: materiais utilizados na obturação de dentes e lentes de contato.
 Características:
-Biocompatibilidade: Deve ser capaz de se integrar facilmente ao
organismo sem reações inflamatórias.
Exigências físicas:
-Os biomateriais devem ser criados para um ambiente específico.
-Os materiais devem ser flexíveis e resistentes ao desgaste. As válvulas
cardíacas artificiais devem abrir e fechar de 70 a 80 vezes por minuto.
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22. Biomateriais
Exigências químicas:
• Os biomateriais devem ser de grau médico.
• Os polímeros são biomateriais muito importantes.
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23. Biomateriais
• Biomateriais poliméricos:
• Biomateriais naturais são os polímeros de açúcares e
nucleotídeos.
• Esses polímeros são poliaminoácidos.
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24. Biomateriais
 Exemplos de aplicações dos biomateriais:
- Substituição e reparos cardíacos;
Válvula cardíaca bifolicular.
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25. Biomateriais
- Implantes vasculares;
Implante vascular de
DraconTM
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26. Biomateriais
- Tecido artificial;
• A pele artificial, que cresce em laboratório,
é utilizada para o tratamento de pacientes
com extensa perda de pele.
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27. Biomateriais
 Substituições de bacia;
• Uma bola metálica, feita com uma liga
de cobalto e cromo, é normalmente
utilizada nas substituições de bacias.
• Esta liga é fixada a uma liga de titânio e
cimentada com a utilização de um
polímero termocurado resistente.
• O acetábulo, que acomoda o fêmur, é
revestido com uma camada de
polietileno.
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28. Cerâmicas
 O que são?
 Cerâmicas são materiais inorgânicos, sólidos e não
metálicos processados em altas temperaturas.
( Keramus, ou seja, coisa queimada )
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29. Cerâmicas
 Tipos:
 Cristalinas (formas definidas)
 Não cristalinas (estruturas amorfas)
 Apresentam estruturas com ligações covalentes, iônicas ou
combinação de ambas (caráter misto: iônico-covalente )
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30. Cerâmicas
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31. Cerâmicas
Características Gerais:
Propriedades Térmicas: Estáveis em altas temperaturas e
condições severas
Propriedades Elétricas: Podem ser isolantes elétricos (alumina,
vidro de sílica (SiO2), semicondutores: SiC, B4C e
supercondutores ((La, Sr)2CuO4, TiBa2Ca3Cu4O11 )
Propriedades Mecânicas: duros, resistentes ao desgaste,
resistentes a corrosões e frágeis, ou seja, não sofrem deformações
plásticas.
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32. Cerâmicas
Exemplos de Materiais Cerâmicos:
 Cerâmicas Tradicionais: materiais de origem argilosa
(louça, tijolos refratários, telhas)
 Abrasivos
 Cimentos
 Vidros
 Cerâmicas Avançadas: utilizadas em aplicações eletro-
eletrônicos, térmicas, mecânicas, ópticas, químicas e
biomédicas
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33. Cerâmicas
 Utilização:
 Por terem tais propriedades, são utilizadas largamente na
ciência. Os materiais cerâmicos são utilizados em componentes
eletroeletrônicos, em aeronaves, mísseis e espaçonaves.
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34. Cerâmicas
 Ex:
 Indústria aeroespacial: revestimento exterior de fibras amorfas
de sílica de alta pureza (isolante térmico)
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35. Cerâmicas
 Indústria de Corte: utilizadas em máquinas criadas para
modelar e cortar ferro e ligas mais duras (alumina reforçada)
 Principais materiais: Al2O3, TiC, TiN
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36. Cerâmicas
 Indústria Eletrônica: circuitos dos componentes criados à
partir de substratos cerâmicos devido à semicondução
.
Alguns materiais
cerâmicos são
piezoelétricos, ou seja,
criam um potencial
elétrico a partir de um
esforço mecânico e com
isso, são utilizados para
controlar frequências
em componentes
eletroeletrônicos,
relógios, geradores de
ultrassom.
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37. Cerâmicas
 Por quê não são utilizadas em larga escala?
 Frágeis e quebradiças
 Difíceis de fabricar sem defeito
 Alto custo de fabricação e confiabilidade do material
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38. Cerâmicas
 Processamento da Cerâmica:
 Materiais cerâmicos, geram, aleatoriamente microfissuras
(lacunas) não detectáveis durante o processamento. Tais
microfissuras são origens de rachaduras e quebras.
 Processos:
 Sinterização: aquecimento até altas temperaturas e em
determinadas pressões a fim de que as partículas finas se unam.
 Processo Sol-Gel: obtenção de uma rede de óxidos a partir de
polimerizações inorgânicas. As partículas obtidas apresentam
alta pureza e homogeneidade.
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39. Cerâmicas
 Compósitos Cerâmicos:
 Mistura de dois ou mais materiais para a formação de um
material mais resistente devido a uma melhor interação físico-
química.
Método eficiente: adição de fibras (estrutura
cujo raio é um no mínimo cem vezes menor
que seu comprimento) cerâmicas ao material
cerâmico.
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40. Supercondutividade
 O que é?
 É a perda da resistência ao fluxo de uma corrente elétrica
causada pelo abaixamento da temperatura específica. (Tc
K)
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41. Supercondutividade
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42. Supercondutividade
 Enorme potencial econômico:
 Economia de energia
 Maior viabilidade em construções de aparatos tecnológicos
que requerem grande quantidade de energia.
 Efeito Meissner
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43. Supercondutividade
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44. Supercondutores
 Por que não são utilizados em larga escala?
 Pois a supercondutividade é encontrada a partir de temperaturas baixíssimas,
limitando seu uso.
Curiosidade:
Em 1986, dois
pesquisadores em um
laboratório da IBM em
Zurique descobriram
um material
supercondutor cuja
temperatura crítica era
acima de 90 K. A
vantagem de ter
material de tal
temperatura é que o
N2 se liquefaz a 77 K.
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45. Filmes Finos
 O que são?
 São materiais de pequena espessura (0,1 µm a 300 µm) que
cobrem determinados substratos.
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46. Filmes Finos
 Características:
 Ser quimicamente estável,
 Aderir bem à superfície,
 Ser uniforme,
 Ser puro,
 Ter baixa densidade de imperfeições.
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47. Filmes Finos
 Uso de filmes finos:
 Microeletrônica: condutores, resistores, capacitores
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48. Filmes Finos
 Óptica: revestimento de lentes a fim de reduzir a quantidade de
luz refletida a partir das superfícies das lentes.
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49. Filmes Finos
 Metais: revestimento em metais
Painéis solares de filmes finos
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50. Filmes Finos
 Processos de Fabricação:
 Deposição a vácuo: o material é vaporizado ou evaporado em certa
superfície,
 Emissão: na qual uma alta voltagem gera átomos energéticos do
material a ser depositado,
 Deposição por vapor químico: ocorre uma reação química com a
substância na fase de vapor em uma superfície, formando um
revestimento estável e aderente.
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51. Filmes Finos
Camadas finas de
diamante em um Emissão Nanofitas
material
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52. Referências Bibliográficas
 Química - A Ciência Central - 9ª Edição , Autor: Brown / Lemay / Bursten
Editora: Pearson Education
 http://74.125.47.132/search?q=cache:Cj_tDZk3mOsJ:matmec.files.wordpress.co
m/2008/08/cap13.ppt+Cer%C3%A2mica+Cristalina&cd=11&hl=pt-
BR&ct=clnk&gl=br
 http://www.quimica.ufpr.br/gqm/processo%20sol-gel.htm
 www.abmaco.org.br/compositos.cfm
 http://www.seara.ufc.br/especiais/fisica/supercondutividade/supercondutivid
ade2.htm
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