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CMS-301

Física do Estado sólido

Engenharia e Tecnologia Espaciais – ETE

Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores

Engenharia e Tecnologia Espaciais – ETE

Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores

07.10.2008L.F.Perondi

Conteúdo

Introdução

Redes Cristalinas

Classificação de Redes Cristalinas

Defeitos em Cristais

Princípios de Plasticidade em Cristais

Difusão em Sólidos

Informações Gerais

Calendário

S T Q Q S S D

1 2 3 4 5

6 7

(manhã

9 hs - R)

8 9

(manhã

9 hs - R)

10 11 12

13

(à tarde,

14 hs – LAS)

14 15 16

(manhã

9 hs - R)

17 18 19

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Outubro 2008

Informações Gerais (cont.)

- Séries (p/ classe).

-Questões em prova de final do curso.

Avaliação

Informações Gerais (cont.)

- ASHCROFT, N.W., MERMIN, N.D., Solid State Physics,

Fort Worth, Saunders College Publishing, 1976.

- ASKELAND, D.R., PHULÉ, P.P., The Science and

Engineering of Materials, Bangalore, Thomson, 2003.

Bibliografia

Informações Gerais (cont.)

Sumário

1.0 - Introdução

2.0 - Redes Cristalinas

– Redes de Bravais

– Célula Primitiva

– Redes SC, BCC, FCC e HCP

– Redes Diamante e Zincblend

Classe 1 – 07.10.2008

1.0 - Introdução

Components, and devices that engineers

design and use must be made out of

something, and that is a material.

The properties of the materials that are

available define and limit the capabilities

that the device or structure can have,

and the techniques that can be used to

fabricate it.

Classe 1 – 07.10.2008

Materiais são formados por um ou mais

tipos de átomos que se organizam em

estruturas ordenadas ou não.

Sólidos que apresentam estruturas

ordenadas são usualmente denominados

de cristais.

Entre os sólidos que não apresentam

estruturas ordenadas, destacam-se os

sólidos amorfos e os polímeros.

1.0 - IntroduçãoClasse 1 – 07.10.2008

É conveniente que sólidos sejam organizados em categorias, para

aplicação e estudo.

Características comuns em uma categoria são derivadas da

estrutura e da natureza da ligação atômica que mantém os átomos

coesos.

A classificação tradicional envolve as seguintes categorias:

– Metais e Ligas

– Semicondutores

– Cerâmicas e Vidros

– Polímeros (ou plásticos)

– Compósitos (que combinam diversos materiais e apresentam

propriedades únicas)

1.0 - IntroduçãoClasse 1 – 07.10.2008

Classificação dos Sólidos

1.0 - IntroduçãoClasse 1 – 07.10.2008

Classificação dos Sólidos

Exemplos de Aplicação Propriedades

Metais e Ligas

Cobre Condutores Alta condutividade elétrica,

conformabilidade

Ferro Bloco de motores Fundidos, dutilidade

Aços Maquinário, chassis Alta resistência mecânica

Cerâmicas e vidros

SiO2-Na2-O-CaO Vidro comum Opticamente transparente

Al2O3, MgO, SiO2Refratários Isolantes térmicos, resistentes a

altas temperaturas

BaTiO3 - Titanato de Bário Capacitores para microeletrônica Alta capacidade para armazenar

carga, na função de dielétrico

Silica Fibras Ópticas Perdas ópticas pequenas

Polímeros

Polietileno Indústria de alimentos -

empacotamento

Facilemente produzido na forma de

filme flexível e impermeável

Epóxi Encapsulante para circuítos

integrados

Isolante elétrico e resistente à

umidade

Fenólicos Adesivo para compensados Resistentes mecânicamente e

impermeáveis a gases

1.0 - IntroduçãoClasse 1 – 07.10.2008

Classificação dos Sólidos

Exemplos de Aplicação Propriedades

Semicondutores

Silício Transistores e circuítos integrados Propriedades eletrônicas únicas

GaAs Sistemas optoeletrônicos Possibilitam a conversão de sinais

elétricos em luz, diodos laser, …

Compósitos(materiais formados a partir de dois

ou mais constituintes com distintas

composições, estruturas e

propriedades )

Grafite-epóxi Componentes aeroespaciais Relação resitência-peso alta

Carbeto de Tungstênio –

Cobalto (WC-Co)

Vídeas para máquinas-ferramentas Alta dureza, porém boa resistência

a choques

Aço revestido com titânio Reatores nucleares Baixo custo e alta resitência;

resistência à corrosão

1.0 - IntroduçãoClasse 1 – 07.10.2008

Classificação dos Sólidos

A classificação baseada em estrutura apresenta,

normalmente, as seguintes categorias:

– Sólidos cristalinos,

– Sólidos Policristalinos,

– Desordenados,

– Amorfos,

– Quasicristais.

Sólidos cristalinos ideais são modelados por arranjos

periódicos de átomos de uma ou mais espécies.

Veremos que existem 7 sistemas cristalinos possíveis,

quando classificamos arranjos periódicos em termos de

simetrias de rotação.

1.0 - IntroduçãoClasse 1 – 07.10.2008

Classificação dos Sólidos

Sólidos policristalinos são constituídos por “grãos”

cristalinos, com orientação espacial variada. As

propriedades físicas de policristais dependem de

tamanho do grão e da interface entre grãos (grain

boundary).

Sólidos desordenados são constituídos por cristais com

algum tipo de defeito. A presença de defeitos altera as

proriedades mecânicas, eletrônicas e térmicas, entre

outras, dos sólido. Os defeitos são classificados em:

– Defeitos pontuais (point defects)

» Exemplo: vacâncias, interstícios e átomos substitucionais.

– Defeitos em linha (line defects)

» Exemplos: discordâncias.

1.0 - IntroduçãoClasse 1 – 07.10.2008

Classificação dos Sólidos

Sólidos amorfos são constituídos por átomos ou

moléculas ligados de forma totalmente irregular, como

em vidros e cerâmicas.

Quasicristais podem ser definidos como formas

estruturais que são ao mesmo tempo ordenadas e

aperiódicas. Não apresentam simetria translacional.

Alguns autores classificam quasicristais como

estruturas intermediárias entre cristais e vidros.

O curso estará centrado na descrição de defeitos em

cristais (sólidos desordenados), e no impacto que estes

defeitos têm sobre as propriedades eletrônicas e

mecânicas do cristal.

Movimento de defeitos em cristais: difusão e

plasticidade.

1.0 - IntroduçãoClasse 1 – 07.10.2008

Classificação dos Sólidos

2.0 – Redes CristalinasClasse 1 – 07.10.2008

Redes de Bravais

Uma rede cristalina

periódica pode ser formada

a partir da repetição de um

padrão, denominado cela

unitária.

Os padrões que repetidos

preenchem o espaço

tridimensional podem ser

classificados em sete

grupos.

Auguste Bravais

Auguste Bravais (Annonay, 23 de Agosto de 1811 - Le Chesnay, 30 de Março de 1863).

físico francês que se notabilizou pelos seus trabalhos em cristalografia, sendo o

introdutor dos diagramas básicos de estrutura hoje conhecidos por redes de Bravais.

2.0 – Redes CristalinasClasse 1 – 07.10.2008

Redes de Bravais

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2.0 – Redes CristalinasClasse 1 – 07.10.2008

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2.0 – Redes CristalinasClasse 1 – 07.10.2008