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Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Centro Multidisciplinar de Pau dos Ferros
Disciplina: Fundamentos de Ciências dos Materiais
Assunto: Introdução a Ciência dos Materiais e Estrutura Cristalina
Aluno : Matheus henrique medeiros de frança
- Faça uma busca na Internet para determinar qual(is) material(is) é(são) usado(s) (se tem
polímeros, metais ou materiais cerâmicos) e quais as propriedades específicas os
materiais a seguir possuem para o dispositivo/item funcionar corretamente.
a) Baterias de telefone celular.
RESPOSTA: As Baterias de Celular podem ser chamadas de Baterias de Íon-Lítio.
Carregam este termo pois sua matéria-prima básica é o Lítio, capaz de produzir uma
tensão duas vezes maior do que as sucessoras baterias feitas de Zinco-Carbono ou
Alcalina, em média possui 3 volts. As baterias de celular feitas deste material são
recarregáveis, proporcionam maior tempo de uso e armazenam mais energia. O
funcionamento da bateria é basicamente permitir que o fluxo de elétrons negativos seja
revertido para o positivo, e desta maneira a energia elétrica é direcionada para a
estrutura de lítio.
Atualmente existem mais de quatro tipos de baterias, além da Íon-Lítio. O Níquel
Híbrido, Lítio Polímero e Níquei-Cádmio. A última tecnologia é conferida a bateria do
tipo Lítio Polímero, a qual é mais leve e mais segura contra eventuais explosões. As
baterias mais comuns são as de Íon-Lítio, pois seu processo de fabricação é mais viável
além do tempo de recarga ser muito rápido e chegar até 80% da capacidade.
As fabricantes de baterias de celular são as marcas Huawei, Pisen, Nohon e a
composição de uma bateria é formada pelas células de Íon, que podem ser no formato
cilíndrico ou piramidal. Uma bateria tem sensores de temperatura, cabo conector,
conversor de tensão e circuito regulador de tensão. Todas as células são cobertas por
uma película de metal, pois este material protege os componentes e mantém a bateria na
temperatura adequada
b) Display de telefone celular.
RESPOSTA: Um display é um dispositivo para a apresentação de informação, de
modo visual ou táctil, adquirida, armazenada ou transmitida sob várias formas. Quando
a informação de entrada é fornecida como um sinal elétrico, o display é chamado de
"display (ou "painel") eletrônico". Displays eletrônicos estão disponíveis para
apresentação de informação tanto sob forma visual quanto táctil.
Independentemente do tamanho, as telas se dividem em duas categorias:
resistivas e capacitivas. As resistivas são mais antigas, mais baratas, mas oferecem
qualidade de uso inferior. Esse tipo de tela possui uma sobreposição de duas camadas
entre as quais existe um condutor de eletricidade. Ao pressionar a tela, os dois lados se
tocam, e a informação do toque é transmitida. Já as telas capacitivas, hoje presentes em
todos os smartphones das grandes marcas, funcionam muito melhor. Esse tipo de tela
conta com uma tecnologia que possui uma camada de óxido que acumula energia. Com
o toque, uma troca de elétrons ocorre e o comando é acionado. Só as telas capacitivas
oferecem possibilidade de funções multitoque também.
Entre as telas capacitivas, outras tecnologias fazem diferença; para citar algumas temos
as telas AMOLED e Super AMOLED. Tem também as telas iluminadas por LED – que
usam tecnologia similar à das telas de TV. Amoled quer dizer Matriz Ativa de Diodo
Orgânico Emissor de Luz. Se o nome é complicado, o que importa mesmo é que a
tecnologia Amoled promete imagens mais fluidas, com alto brilho e contraste. As
famosas telas “Retina (lê-se rétina) Display” trazem alta densidade de pixels e
definição impressionante. Essa nomenclatura foi tornada popular pela Apple a partir do
iPhone 4. Mas, detalhe: as telas dos iPhones e iPads usa tecnologia LCD iluminada por
LEDs, e não a tecnologia Amoled – que é mais comum nos aparelhos Samsung. Como
funcionam as telas de LCD
(1) – Filme polarizador na vertical (2) – Substrato de vidro com eletrodo ITO (óxido da
lata do índio) (3) – Cristal líquido (4) – Substrato de vidro de eletrodo ITO com
traçados horizontais para se alinhar com polarizador horizontal. (5) – Filme polarizador
na horizontal (6) – Espelho para tornar um painel refletivo
Somente no estado sólido as moléculas de uma substância mantêm uma
estrutura ordenada. O cristal líquido, porém, é uma substância orgânica que flui como
um líquido, mas apresenta, como os cristais, alinhamento parcial de suas moléculas.
Suas ligações moleculares são fracas e, por isso, facilmente afetadas por campos
elétricos. Quando submetido a corrente elétrica, o cristal líquido, transparente, torna-se
opaco. Basicamente, um visor de cristal líquido - ou LCD (Liquid Crystal Display) - é
um sanduíche de finas fatias de vidro transparente, com recheio de cristal, fechado
hermeticamente. Uma camada metálica transparente, com minúsculos eletrodos,
fornece energia, iluminando as partes desejadas. Utilizado em vários aparelhos
eletrônicos, o cristal líquido foi descoberto nos Estados Unidos em 1971, mas sua
composição até hoje é um segredo industrial.
SISTEMAS DE LCD
Os monitores de cristal líquido podem ser apresentados em dois sistemas de
LCD diferentes: matriz passiva e matriz ativa. Vamos aprender um pouco mais sobre
cada um destes dois tipos de monitores de cristal líquido.
Matriz Passiva
Um sistema de LCD mais simples, que utiliza uma grade simples para fornecer
energia a um pixel específico na tela, ou seja, a tensão elétrica é aplicada de maneira
independente para cada ponto. Este tipo de LCD já não é utilizado em aparelhos
complexos como monitores e aparelhos de televisão, pois apresenta grandes
desvantagens para estes tipos de produto.
Matriz Ativa
Construídas de maneira mais complexa, as telas de LCD de matriz ativa são
utilizadas nos equipamentos mais modernos e que exigem uma maior capacidade dos
displays. Sua grande diferença está na existência de um filme de transistores atrás da
camada de cristal líquido, permitindo que cada pixel seja controlado individualmente,
sem interferência no funcionamento dos demais.
c) Lâminas de turbinas eólicas.
ducksung (coreana), couro sintético paquistanês e PVC (policloreto de vinil), os quais
diferem com relação à maciez e resistência a grandes impactos e à água. Nas melhores
competições, as bolas que são utilizadas têm a carcaça de AI2000, Cordley, ducksung,
microfibra ou outros tipos de couro sintético de PU. Já as bolas de menor qualidade,
utilizadas para o lazer, são geralmente de PVC ou borracha de cobre (moldadas ou
costuradas)
Costura ou colagem: realizada de diversas maneiras. Os painéis (carcaça de cobertura
em gomos) podem ser costurados a mão ou em máquinas, colados ou termicamente
moldados. As bolas são costuradas com fios de poliéster, como o 5- ply. Aquelas que
são costuradas a mão geralmente tem costuras mais fortes e apertadas, sendo
geralmente mais caras. As coladas costumam ser mais baratas e são, de preferência,
utilizadas para jogar em quadras ásperas, pois, quando costurada, o atrito com o chão
costuma romper os pontos da costura.
Forros internos: são as camadas que se situam na parte intermediária da bola, entre a
bexiga e a carcaça de cobertura. As bolas profissionais têm, em média, quatro camadas
de forro interno composta por poliestireno e borracha natural, as quais melhoram a
velocidade e precisão. Já as amadoras costumam ter menos camadas, que são feitas de
poliéster e/ou algodão laminado, as quais servem para dar força a estrutura da bola,
além de controlar melhor a deformação.
Bexigas: são normalmente feitas de látex ou butilo. Comparando-se os dois materiais,
o butilo retêm ar durante períodos de tempo mais longos e as bexigas de látex tendem a
fornecer melhor tensão superfície. No entanto, bexigas butílicas oferecem excelente
combinação de qualidade de contato e retenção de ar. As bexigas das bolas de futsal
são preenchidas com espuma, para limitar a capacidade do salto da bola, uma vez que
são utilizadas em um pavimento rígido.
Bola de Basquete:
Em geral, as bolas de basquete são constituídas de uma bexiga produzida a partir de
borracha de butilo, que trata-se de um composto polimerizado em solução de
isobutileno, envolvendo também borracha reciclada. Assim sendo, a bexiga é revestida
por uma camada de fio, que pode ter como matéria-prima o náilon. A bexiga também
pode ser composta por poliéster, que também pertence a uma categoria de polímeros
Já o revestimento exterior da bola é feito a partir de borracha sintética, que é um dos
derivados do petróleo, e pode ser obtida por meio de processo industrial. Em alguns
casos, o revestimento pode ser feito também a partir do couro, que possui diversas
formas de obtenção
f) Quadros leves de bicicleta.
OS DIFERENTES MATERIAIS DE QUADROS DE BIKE
ALUMÍNIO:
É o material mais usado, tanto para a fabricação de quadros quanto de outras peças da
bike, por seu custo relativamente baixo e por reunir boas vantagens.
Apesar do metal dar nome à maior parte dos quadros de bicicletas, ele é composto por
aço e outros metais. Quadros de alumínio têm o diferencial de atingir pesos
relativamente baixos, mesmo em modelos básicos.
O alumínio possui boa resistência a torções, baixa oxidação, e custo médio, mesmo
para quem está disposto a ter uma boa bike sem desembolsar grandes valores. Isso o
torna uma excelente aquisição para trilhas, estradas, viagens, e qualquer tipo de pedal
em que a alta performance não esteja em primeiro plano!
AÇO CROMO-MOLIBDÊNIO:
O material também conhecido tecnicamente como Cr-Mo, escrito em quadros de bike
feitos com ele, é muito resistente!
O seu custo de fabricação é elevado, já que a dureza e resistência deste tipo de aço são
altas, o que faz com que as máquinas e mão de obra para a sua produção, sejam
custosas. O aço cromo é pesado em modelos básicos, e leve em avançados, mas
igualmente resistente, o que o torna ótimo para quem busca pedais brutos e alta
durabilidade da bike.
Até o começo dos anos 90 o cromo-molibdênio era muito usado em bikes, pois ele
oferece a vantagem de se trabalhar com diferentes espessuras de tubos, e torná-lo mais
leve. Hoje, o uso deste material em quadros de bicicletas está restrito à algumas bikes
urbanas, modelos em edições limitadas, e bikes próprias para cicloturismo,
ou bikepacking.
FIBRA DE CARBONO:
A fibra de carbono é um material tão versátil que migrou do mundo das corridas de
Fórmula 1, para as bikes; mantendo excelentes resultados principalmente
em competições.
Este material é um dos suprassumos das bicicletas, por conseguir ser extremamente
leve, moldável para qualquer formato, e ultra resistente. Apesar das altas vantagens a
fibra de carbono ainda é um sonho de consumo para muitos ciclistas, por seu custo
extremamente elevado.
No mundo da fibra de carbono não existe o básico, mas sim, peças feitas com alta
tecnologia para o ciclista extrair o máximo da bicicleta em condições mais
adversas possíveis. Com todos os benefícios deste material, o seu uso é melhor para
quem busca alto desempenho ou simplesmente uma “bike peso pena”.
TITÂNIO:
Talvez este seja um material de quadro de bike desconhecido para muitos ciclistas
iniciantes, mas está sempre no topo quando se trata dos melhores recursos para
bicicletas.
O titânio é um metal nobre que se destaca pelo baixo peso e alta resistência. Além
disso, ele é livre de corrosões, o que o torna imbatível em qualquer tipo de pedal,
seja na chuva, lama, praia e estradas!
Como todo material de ponta seu custo é extremamente alto, o que o deixa seu uso
muito restrito. Além de poucas empresas fabricarem quadros de bike de titânio, as
poucas opções que existem são limitadas em tamanhos e modelos. Fora esta seleta
parcela de bikes prontas, há os frame builders, profissionais que fabricam quadros com
este material sob encomenda!
- Faça uma lista de metais com estrutura cristalina hexagonal, com estrutura cristalina
RESPOSTA:
CFC e com estrutura cristalina CCC.
CCC: Ferro, Titânio, Bário, Cromo e Tungstênio.
CFC: Ferro, Prata, Ouro, Níquel, Chumbo, Alumínio e Cobre
Metais Hexagonal: Ósmio, Zircônio, Zinco, Magnésio, Cádmio e Titânio
- Qual o número de átomos (ou número de pontos de rede) das células unitárias do sistema
cúbico para metais?
O número de átomos (ou número de pontos de rede) das células unitárias
do sistema cúbico para metais são:
- CS: n° pontos da rede = 8(cantos) *1/8 = 1 átomo
célula unitária
- CCC: 1 átomo no centro mais 1 / 8
em cada vértice (8 vértices) , no total
de 2
átomos por célula unitária.
- CFC: 1 /
em cada vértice (8 vértices) mais ½ no centro de cada face (
Faces),
no total de 4 átomos por célula unitária.
- HC: 1/6 de cada um dos 12 átomos localizado nos vértices das faces superiores
e inferiores, metade de cada um dos dois átomos centrais localizados nas faces
superior e inferior, e todos os três átomos interiores no plano intermediário, no
total 6 átomos.
- O que é fator de empacotamento em uma célula unitária? Calcule o fator de
empacotamento para as células cúbicas para metais.
O fator de empacotamento (FE) é a fração de volume d celular unitária efetivamente
ocupada por átomos, assumindo que os átomos são esferas rígidas.
FE = ( N° átomos/ celular x volume cada átomo
Volume da celular unitária:
Para CS, como 1 átomo, o fator de empacotamento é 0,52 ou 52%
Para CCC, para 2 átomos, o fator de empacotamento é 0,68 ou 68%
Para o HC, para 6 átomos, o fator de empacotamento é 0,74 ou 74%
Metais só cristalizam em CCC, CFC ou HC
Calculo do FE para um metal CCC: a0 = 4r/raiz3 = 0,
Calculo do FE para um metal CFC: a0 = 4r/ raiz2 = 0,
Calculo de FE para um metal HC: a0 = 2r = 0,
Calcule a densidade do Fe (CFC) e Fe (CCC).
Quantas células unitárias estão presentes em um milímetro cúbico do Ni - CFC?
- Se o raio atômico do alumínio é de 0,143 nm, calcule o volume de sua célula unitária
em centímetros cúbicos.
- Calcule o raio de um átomo de irídio (Ir) sabendo que o Ir possui uma estrutura cristalina
CFC, uma densidade de 22,4 g/cm
3
, e uma massa atômica de 192,2 g/mol.
- Calcule o raio de um átomo de vanádio (V), dado que o V possui uma estrutura cristalina
CCC, uma densidade de 5,96 g/cm
3
, e uma massa atômica de 50,9 g/mol.
- De acordo com a figura abaixo responda.
a) Para qual sistema cristalino a célula unitária pertence?
b) Qual seria o nome desta estrutura
c) Calcule a densidade do material, sabendo que seu peso atômico é 141 g/mol.
a) CFC para a direção [011]
b) CCC para a direção [111], supondo ligações metálicas entre os átomos e que o parâmetro
de rede seja 3 Å.
- Para um metal hipotético com parâmetro de rede de 0,5 nm, calcule a densidade
planar:
a) de um plano (101) para a célula CCC.
b) do plano (020) de uma célula CFC.
- Identifique:
a) [001] para uma célula CCC.
b) [101] para uma célula CFC.
c) (012) para uma célula CCC.
d) (100) para uma célula CFC.
Bons estudos!
