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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
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Conteúdo
Introdução
Redes Cristalinas
Classificação de Redes Cristalinas
Defeitos em Cristais
Princípios de Plasticidade em Cristais
Difusão em Sólidos
Informações Gerais
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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)
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Outubro 2008
Informações Gerais (cont.)
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- Séries (p/ classe).
-Questões em prova de final do curso.
Avaliação
Informações Gerais (cont.)
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- 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.)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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1.0 - IntroduçãoClasse 1 – 07.10.2008
Classificação dos Sólidos
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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.
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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
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2.0 – Redes CristalinasClasse 1 – 07.10.2008
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2.0 – Redes CristalinasClasse 1 – 07.10.2008
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2.0 – Redes CristalinasClasse 1 – 07.10.2008
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2.0 – Redes CristalinasClasse 1 – 07.10.2008
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