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ICM - Materiais que se Auto Consertam

Trabalho referente à Ciência dos Materiais, mais especificamente a Materiais Avançados, em que são analisados criticamente artigos e desdobramentos da área de materiais que se auto-consertam.
by

Pedro Peixoto

on 23 February 2015

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Transcript of ICM - Materiais que se Auto Consertam

Introdução à Ciência dos Materiais

Materiais que se Auto Consertam
Alunos:
Bruno VIEIRA COSTA
Isaac MACARIO
Lucas UCHOA
MOISÉS XAVIER
Pedro PEIXOTO
REBECA ALENCAR



Sumário
1. Introdução e Objetivos
2. Histórico e Funcionamento
3. Tipos de Materiais Auto-Regenerativos
4. Dificuldades
5. Aplicações e Benefícios
6. Conclusões
7. Dúvidas
Minhas anotaçoes (rascunho)
Microscópico > macroscópico
Meio comum de ativação: Uma fase móvel, que é ativada ou pela ocorrência de um furo, ou por um estímulo externo específico.
Empecilhos: Temperaturas geralmente elevadas (concreto -ambiente-, polimeros 120 oC, Metais 600 oC, Ceramicas 800 oC)
Duas classificações: reconstrução autônoma e reconstrução não autônoma.
Bem mais popular (de menos de 20 para mais de 100 trabalhos publicados entre 2000 e 2009)
Principais componentes estudados: polimeros, compósitos (2o)
Antes: polímeros recuperados com microcapsulas. Porém, ineficiente devido à possibilidade de uma única recuperação
Ainda são, em alguns processos, necessários estímulos externos como estímulos físicos (contato), calor (rearranjo da estrutura!), eletricidade, etc.
Concreto: Concreto hidráulico se reconstrói em determinadas condições específicas de tamanho da rachadura/buraco, temperatura, pressão, geometria do acidente, etc. Vale ressaltar que as rachaduras são bem pequenas, pouco maiores do que o visível.
Outros materiais tem aproveitamento e uso bem menor. As temperaturas e outras condições para "regeneração" são difíceis, altas ou inviáveis.

Hidrogel

Hidrogéis, ou hidrogeles, consistem em longas cadeias de moléculas de polímeros que formam uma geleia flexível, parecida com os tecidos moles do corpo humano.

Eles têm sido explorados, por exemplo, na fabricação de músculos artificiais que imitam as células musculares humanas e até de um sistema circulatório artificial.

Mas, até agora, ninguém havia conseguido produzir um hidrogel que conseguisse reconstruir as ligações entre as cadeias de suas moléculas depois que um corte é introduzido, o que vinha limitando suas aplicações práticas.

Shyni Varghese e seus colegas da Universidade da Califórnia superaram essa limitação usando o que eles chamam de "cadeia lateral suspensa", moléculas que se estendem como se fossem dedos da "mão" que representa a estrutura principal do hidrogel.

Depois que as duas partes do hidrogel cortado são postas em contato novamente, esses "dedos" se entrelaçam, reconstruindo o polímero.
Introdução e Objetivos
. Economia de demais Materiais
. Vantagem Logística
. Redução de Custos de Manutenção
. Aplicações ao Corpo Humano
. Segurança
...

SISTEMAS MICROVASCULARES
O propósito do sistema vascular é de transportar organismos biológicos complexos de fluidos funcionais à tecidos relevantes, além da entrega de nutrientes, remoção de resíduos e regulação da temperatura.
O potencial para os sistemas microvasculares sintéticos reside na capacidade de transportar fluidos funcionais dentro de um material para efetuar alterações a esse material. O conceito básico para estes sistemas é a introdução de microcanais com diâmetros variando de 1 micron a 1 mm para dentro de um polímero, ou composto de polímero. Em seguida, são introduzidos nestes canais para fornecer a funcionalidade adicional para o material da matriz quer por bombeamento, ou tirando partido das forças capilares. Compósitos microvasculares oferecem os benefícios
de funcionalidades adicionais e aumento da autonomia, ou seja, a capacidade de distribuir fluidos ativas ou reativas para interações com a matriz em regiões tradicionalmente difícil ou impossível de atingir em materiais monolíticos. Atualmente, as aplicações que têm recebido mais atenção são nas áreas de auto-restauração e arrefecimento ativo. Sistemas microvasculares de auto-retauração empregam o uso de funcional fluidos como agentes de cura, formulações geralmente monoméricos que podem polimerizar dentro uma área de lesão, ou alguma combinação de monómero e agente catalisador. A criação de novo material curado restaura a integridade estrutural da matriz.

Histórico e Funcionamento
CALOR
FRICÇÃO
ELETRICIDADE
pH
NENHUMA AÇÃO EXTERNA
2000
2009
Menos de 20 trabalhos publicados
114 trabalhos publicados
. Altas temperaturas


.Furos regenerados com tamanhos
na ordem de micrômetros
(exceto polímeros)


.Condições muito específicas de
funcionamento
. Temperaturas cada vez menores


.Furos regenerados com tamanhos
na ordem de milímetros (atenção
especial para o concreto)


.Condições bem mais gerais de
funcionamento
Fase móvel é ativada
por um furo, ou outro
estímulo, como os
listados abaixo. É
realizada a reconstrução.

Tipos de Materiais Auto Regenerativos
RECONSTRUÇÃO...
Autônoma (Intrínseca)
Não Autônoma (Extrínseca)
Dificuldades
.Medidas regeneradas muito
pequenas (à excessão de
polímeros)


.Temperaturas muito altas
necessárias (600 graus celsius
para metais e 800 para
cerâmicas)


.O processo, em geral, só se demontra eficaz para poucas repetições


.As condições ambientes, em certos casos, devem ser ideais, para que ocorra a reação e, assim, a reconstrução.
Polímeros X Outros Materiais
Aplicações e Benefícios
CONCLUSÕES
Dúvidas
Referências Bibliográficas
- HAGER, Martin D.; SCHUBERT, Ulrich S. "Self-Healing Materials", 2010, artigo acessado em http://onlinelibrary.wiley.com/
-WHITE, S. R. "Autonomic Healing of Polymer Composites", 2000, publicado na revista Nature, acessado em http://www.nature.com/nature/journal/v409/n6822/full.html
-NAKAHATA, Misaki. "Redox-Responsive Self-Healing Materials formed from Host–Guest Polymers", 2011, publicado na revista Nature, acessado em http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n10/full/ncomms1521.html
-OLUGEBEFOLA, S. C. "Polymer Microvascular Network Composites", 2010, acessado em http://autonomic.beckman.illinois.edu/nrs100.pdf
-Figura, acessada em http://www.bbc.com/news/science-environment-27296365
-Figura acessada em http://www.todaletra.com.br/tag/sem-sombra-de-duvidas-ou-sem-sobra-de-duvidas/
-Figura acessada em http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2011/November/09111101.asp
-Figura acessada em http://bublepop-purple.blogspot.com.br/2010/12/home-penemuan-baru-material-yang-dapat.html
-Figura acessada em http://www.extremetech.com/extreme/166656-terminator-polymer-can-spontaneously-self-heal-in-just-two-hours
-Figura acessada em http://www.terradaily.com/reports/Self_Healing_Materials_Can_Mimic_Human_Skin_Healing_Again_And_Again_999.html
-Figura acessada em http://gajitz.com/construction-magic-self-healing-concrete-seals-its-cracks/
-Figura acessada em http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/py/c0py00104j/unauth
-Figura acessada em http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.v21.24/issuetoc
-Figura obtida em
-Figura acessada em http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/py/c0py00104j/unauth#!divAbstract
-Figura acessada em http://storiesbywilliams.com/2013/10/03/the-future-is-here-self-healing-polymer/
BRASIL
ACIMA DE TUDO!
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