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Grupo Disciplinar de
Materiais e Tecnologias de Produção
I Jornadas Técnico-Científicas IPVC 10 e 11 de maio 2017
Recursos humanos
Professor Coordenador – 100% Doutorados
Carlos Rodrigues Ciência e Engenharia de Materiais
Professores Adjuntos – 100% Doutorados
Arlete Carvalho Ciência e Engenharia de Materiais
António Labrincha Ciência e Engenharia de Materiais
Eduarda Lima Ciência e Engenharia de Materiais
João Abrantes Ciência e Engenharia de Materiais
Manuel Ribeiro Ciência e Engenharia de Materiais
Recursos humanos
Professores Adjuntos Convidados – 77%
Adélio Cavadas Engenharia Mecânica
António Santos Lima(tempo parcial 30%)
Engenharia Mecânica
Equiparada a Professora Adjunta
Rosa Venâncio Engenharia Cerâmica e do Vidro
Equiparado a Assistente 2º Triénio
Jorge Teixeira Arquitetura
UIDM – Unidade de Investigação & Desenvolvimento em Materiais
• 3 Linhas de Investigação
- Linha 1 - Materiais e Energia
- Linha 2 - Materiais e Ambiente
- Linha 3 - Design e Desenvolvimento de Materiais
• 10 Laboratórios
- Propriedades elétricas
- Análise estrutural e microestrutural
- Análises térmicas
- Ensaios mecânicos
- Processos térmicos
- Tecnologia
- Metalografia
- Atelier de cerâmica
- Química
UIDM – Unidade de Investigação & Desenvolvimento em Materiais
Linhas de Investigação
• Linha 1 - Materiais e Energia
- As questões energéticas constituem uma grande preocupação da atualidade, sendo por isso uma
grande aposta como área de investigação preferencial
- Principais aplicações em estudo:
- As pilhas de combustível, através das propriedades eletroquímicas dos materiais conseguem
converter a energia química dos combustíveis (hidrogénio, por exemplo) em energia elétrica,
com elevada eficiência (>80% em sistemas de co-geração), sem qualquer emissão poluente;
- Acumulação de energia térmica em materiais de mudança de fase (PCMs). Estes materiais
apresentam elevadas densidades de energia térmica acumulado, pois, além do calor sensível,
tiram partido do calor latente de fusão.
UIDM – Unidade de Investigação & Desenvolvimento em Materiais
Linhas de Investigação
• Linha 2 - Materiais e Ambiente
- A incorporação de resíduos industriais em novos produtos ou em produtos tradicionais, pode
tornar-se uma das soluções mais interessantes , quer do ponto de vista ambiental (não utilização de
aterro, redução do uso de recursos naturais, etc.), quer do ponto de vista económico (redução dos
custos globais da matéria prima, custos de transporte e deposição em aterro, etc.).
- Esta linha de investigação avalia a capacidade de incorporação e inertização de diferentes resíduos,
ricos em metais pesados e elementos de transição, em matrizes cerâmicas de diferentes tipos
(pigmentos de elevada temperatura, cerâmicos tradicionais, novos produtos, etc.).
UIDM – Unidade de Investigação & Desenvolvimento em Materiais
• Linha 3 - Design e Desenvolvimento de Materiais
- A otimização das variáveis de processamento dos materiais é um dos objetivos desta linha de
investigação
- Utilização de novos processos de processamento aditivo, prototipagem e fabrico rápido (impressão
3D)
- A adaptação de técnicas e materiais a produtos resultado de projetos de design inovadores,
constitui um dos desafios da atualidade para a Ciência dos Materiais, estando esta linha de
investigação particularmente empenhada nesta função
Linhas de Investigação
UIDM - Laboratório Tecnológico
• Tecnologias de processamento de diferentes tipos de materiais, nomeadamente:
- Atomizações
- Extrusões
- Enchimentos por barbotina
- Diluições, secagens e cozeduras.
• Equipamentos relevantes:
- Moínhos
- Filtroprensa
- Extrusora com vácuo
- Atomizador
- Fornos elétricos e a gás
UIDM - Laboratório de Análises Térmicas
• Equipamentos relevantes:
- Análise Térmica diferencial
e gravimétrica
- Análise Térmica
dilatométrica
• Caracterização do comportamento térmico dos materiais (Tmáx=1400⁰C)
• Determinação de:
• Temperaturas e entalpia de reação
• Perda de peso em função da temperatura
• Coeficiente de dilatação
UIDM - Laboratório de Ensaios Mecânicos
• Realização de ensaios mecânicos:
• Tração
• Compressão
• Flexão.
• Determinação de:
• Tensão de cedência
• Tensão de fratura
• Módulo de Young
• Ductilidade
• Etc.
UIDM - Laboratório de Propriedades Elétricas
• Caracterização elétrica e eletroquímica dos
materiais
– espectroscopia de impedâncias
– medidas de condutividade a.c.
– medidas de condutividade d.c.
– medidas de condutividade iónica e
eletrónica em condutores mistos.
• Condições de trabalho
– Variação de temperatura (da temperatura
ambiente até 1350°C)
– Variação da pressão parcial de oxigénio
(condições ambiente até 10-20 Pa)
UIDM - Laboratório de Análise Estrutural e Microestrutural
• Equipamentos relevantes:
– microscópio eletrónico de varrimento (SEM)
• dotado com análise elementar por
espectroscopia de dispersão de energia (EDS)
– difractómetro de raios X
• Que permite a análise qualitativa e quantitativa
das estruturas cristalinas dos materiais
UIDM - Atelier de Cerâmica
• Conceção e desenvolvimento de peças cerâmicas
• Apoio a projectos da área de Design e Artes Aplicadas
• Formação/workshop Decoração e Modelação
Cerâmica
UIDM – Iniciação à investigação
• Todos os meios laboratoriais da UIDM
estão disponíveis para a utilização pelos
alunos dos diferentes níveis de ensino.
• Os relatórios nas diferentes UCs são
elaborados mediante um template em
forma de artigo científico.
• É ensinado a forma correta de
utilização/citação de fontes bibliográficas.
Produção Científica
Evolução anual do número de publicações da UIDM
Fonte : Web of Science, consulta em 24 de Abril de 2017
Produção Científica
Evolução anual do número citações de publicações da UIDM
Fonte : Web of Science, consulta em 24 de Abril de 2017
Produção Científica
Distribuição das publicações da UIDM por áreas científicas
Fonte : Web of Science, consulta em 24 de Abril de 2017
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
MATERIALS SCIENCE
CHEMISTRY
PHYSICS
ELECTROCHEMISTRY
ENGINEERING
THERMODYNAMICS
ENERGY FUELS
MINERALOGY
MECHANICS
INSTRUMENTS INSTRUMENTATION
Produção Científica da UIDM no IPVC
Número anual de publicações IPVC - Áreas com mais de 10 ocorrências
Fonte : Web of Science, consulta em 24 de Abril de 2017
• O grupo de Materiais e Tecnologias de Produção tem cerca de:
• 3% dos docentes do IPVC• 20% da produção cientifica (ISI)
Arbitragem científica
• Solid State Ionic, Elsevier;
• Journal of the European Ceramic Society, Elsevier;
• Sensors and Actuators B: Chemical, Elsevier;
• Journal of Solid State Electrochemistry, Applied Research andDevelopment in Science and Technology, Springer;
• Electrochemical and Solid-State Letters (ESL), The ElectrochemicalSociety, Inc.
• Ionics, International Journal of Ionics, Springer;
• Materials Science Forum, Trans Tech Publications Inc., Publishers in Science and Engineering;
• Journal of Alloys and Compounds, Elsevier.
• International Journal of Hydrogen Energy, Elsevier
• Ceramics International, Elsevier
• Etc.
Outras
• Artigos
• SCI 126
• Atas 33
• Internacionais 12
• Nacionais 12
• Comunicações 112
• Patentes 12
• Orientação (grau concluído)
• Mestrados 9
• Doutoramentos 3
• Pós-Doc 1
• Intercâmbio internacional 7
• Júris académicos
• Mestrado 28
• Doutoramento 11
Projetos
1993 - Materiais de Eléctrodo para Aplicações Tecnológicas de CondutoresProtónicos, Programa STRIDE (STRD/CTM/664/92), 1993-1995.
1997 - Sensores Resistivos de Oxigénio à Base de Filmes de Sr(Ti,Fe)O3, FCT, ProjectoPRAXIS/3/3.1/MMA/1760/95, 1997-1999.
1999 - Membranas para Separação Selectiva de Oxigénio, FCT, ProjectoPRAXIS/C/CTM/1470/98 1999 - 2001.
1999 - Optimização das condições de processamento de materiais argilosos usados naconcepção de filtros para purificação de água e remoção de metais pesados,contrato PRAXIS / P / CTM / 11295 / 1998 (de Setembro/99 a Julho/02).
2000 - Membro da rede Optimisation of Solid State Electrochemical Processes ForHydrocarbon Oxidation, European Scientific Foundation , 2000 - 2005.
2001 - Propriedades de transporte e aplicações electroquímicas de nanomateriais àbase de céria, FCT, POCTI/CTM/39381/2001, 2005-2006.
Projetos
2005 - Desenvolvimento de novos condutores com condução por iões intersticiaispara separação de oxigénio e conversão de hidrocarbonetos, FCT,POCI/CTM/59197/2004, 2005-2007.
2005 - Desenvolvimento de novos condutores com condução por iões intersticiaispara separação de oxigénio e conversão de hidrocarbonetos, FCT,POCI/CTM/59197/2004, 2005-2007.
2005 - Novas Membranas Cerâmicas para Produção de Gás de Síntese, FCT,POCI/CTM/58570/2004, 2005-2007.
2005 - Estudo de argamassas funcionais para uma construção sustentável, FCT,PTDC/ECM/72104/2006, 2008-2011.
2007 - Development of novel inorganic pigments from industrial wastes",PTDC/CTM/72318/2006, com início em Outubro de 2007 e fim em Setembrode 2009
2012 - Proyecto VT – Vehículos de Transferencia Tecnológica, Programa Operacionalde Cooperação Transfronteiriça Espanha – Portugal, 2012-2013.
Projetos
2013 - Compósitos celulares à base de materiais de mudança de fase com elevadacondutividade térmica e estabilização de forma, FCT, PTDC/CTM-ENE/2073/2012, 2013 – 2015.
2013 - Desenvolvimento de novos covos para apanha marítima, Projeto PROMAR n.º31-04-01-FEP-0216, 2013-2014.
2015 - FreeMarkWare - Cerâmica utilitária de elevada resistência ao metal marking,financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) atravésdo COMPETE – Programa Operacional Fatores de Competitividade (POFC), cominício em Julho de 2013 e fim em Junho de 2015.
2016 - Desenvolvimento de revestimentos hidráulicos geopoliméricos de baixaenergia a partir de resíduos sólidos industriais para aplicação no controlepassivo da qualidade do ar interior do ambiente construído, FCT/CAPES,Cooperação Transnacional - Acordos Bilaterais, com início em Março de 2016.
Projetos - Thermics
Compósitos celulares à base de materiais de mudança de fase com elevada condutividade
térmica e estabilização de forma
FCT - PTDC/CTM-ENE/2073/2012
Projetos - Thermics
Objetivos
• Superar as limitações dos materiais de mudança de fase (PCM) para:
- Armazenamento de calor/frio
• Desenvolver métodos versáteis e económicos para processar e utilizar os materiais em aplicações representativas como:
- Águas quentes sanitárias
- Climatização
Evoluções do Thermics
• Funcionalização de cerâmicos celulares para aplicação em:• catalise;• filtração;• Conversão de energia;• etc.
A - Kaolin B - Red Clay
Evoluções do Thermics
Monolitos de Alumina
(Sinterização a 1555°C, 2h)~ 60-70 % porosidade
Precursores
Al(NO3)3.9H2ONaHCO3
Tratamento Hidrotermal
Autoclave40% H2O
190 °C for 19 h
Lavagem
Imersões em água desionizada para remover resíduos
Secagem
100 °C
Processo de funcionalização
Evoluções do ThermicsProcesso de funcionalização
A formação de fibras corresponde ao
crescimento de boehmite (-AlOOH)
durante o tratamento térmico.
Projetos - FreeMarkWare
Cerâmica utilitária de elevada resistência ao risco metálico
FEDER/COMPETE – POFC Projeto nº 33981
O problema • Marcas metálicas provocadas
pela utilização de um utensílio metálico sobre uma superfície cerâmica e de difícil remoção
• Essas marcas assemelham-se a “riscos de lápis” e denominam-se normalmente como “metal marking”
Projetos - FreeMarkWare
• Desenvolver e otimizar sistemas (vidrados/filmes) de revestimentos de louça utilitária com elevada resistência ao metal marking
• Otimizar processos de aplicação de vidrados e filmes finos
• Implementar e validar metodologias de caracterização da resistência ao metal marking (padronização dos ensaios)
Objetivos
Período de realização do Projeto: julho de 2013 a junho de 2015
Projetos - FreeMarkWare
Pasta
VidradoAltura de vidrado
Superfície
Avaliação das microestruturas superficiais dos vidrados
Projetos - FreeMarkWare
Principais resultados
380 µm
Vidrado Pasta
Agulhas
Avaliação da interface vidrado/pasta porosidade, etc.
Projetos - Condutividade da fronteira de grão do CGO
• O CGO é um eletrólito sólido adequado para utilizar em pilhas de combustível de temperatura intermédia
• Contudo, as suas fronteiras de grão resistivas afetam a condutividade nesta gama de temperaturas, devido à segregação de impurezas
O problema
Objetivo• Explorar o conceito de limpeza das fronteiras de grão através da criação de
microestruturas núcleo-concha
Espectroscopia de Impedâncias
Projetos - Condutividade da fronteira de grão do CGO
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600
-Z''
* A
/L (W
.m)
Z' * A/L (W.m)
0Si200 C
Qb
Rb
Qgb
Rgb
02fg fg fgf
Projetos - Condutividade da fronteira de grão do CGO
-6.0
-5.0
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.0
1.5 2 2.5 3
log
(T.W
m/K
)
1000/T (K-1)
Gd-rich
CGO
Ce-rich
-6.0
-5.0
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.5 2 2.5 3
log
(T.W
m/K
)
1000/T (K-1)
Gd-rich
CGO
Ce-rich
-6.0
-5.0
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5
log
(T.W
m/K
)
1000/T (K-1)
Gd-rich
CGO
Ce-rich
1150ºC 1400ºC 1500ºC
Aumento da temperatura de sinterização
Condutividade específica da fronteira de grão