Materiais nanoestruturados. Desenvolvimento e aplicações nos revestimentos de proteção anticorrosiva Rute Fontinha e Manuela Salta

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Catarina Figueira Soares
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1 Materiais nanoestruturados. Desenvolvimento e aplicações nos revestimentos de proteção anticorrosiva Rute Fontinha e Manuela Salta Departamento de Materiais Núcleo de Materiais Metálicos

2 Materiais nanoestruturados o que são? Não existe uma definição universal (SCENIHR) -materiais que contêm estruturas internas ou externas com uma ou mais dimensões na escala de 1 nm a 100 nm (a) (b) (c) (d) Tipos de materiais nanoestruturados: (a) 3D<100 nm partículas e clusters ; (b) 2D<100 nm -nanofibras, fios e nanotubos; (c) 1D<100 nm filmes, revestimentos, redes; (d) 0 D outros nanomateriais.

10-2 m 1 cm 10 mm cabeça de um prego 1-2 mm formiga ~ 5 mm 10-3 m 1,000,000 nanómetros = 1 milímetro (mm) ácaro 200 µm cabelo humano ~ 60-120 µm (diâmetro) glóbulos vermelhos (~7-8 µm) Cinza volante

01 µm ~10 nm de diâmetro 10 nm Eléctrodo de nanotubos ATP sintase Micromundo Nanomundo 10-4 m 10-5 m 10-6 m 10-7 m Ultravioleta Visível Infravermelho Microondas 0.1 mm 100 µm 0.

3 10-2 m 1 cm 10 mm cabeça de um prego 1-2 mm formiga ~ 5 mm 10-3 m 1,000,000 nanómetros = 1 milímetro (mm) ácaro 200 µm cabelo humano ~ µm (diâmetro) glóbulos vermelhos (~7-8 µm) Cinza volante ~ µm Estrutura Self-assembled Várias dezenas de nm 10-8 m 0.01 µm ~10 nm de diâmetro 10 nm Eléctrodo de nanotubos ATP sintase Micromundo Nanomundo 10-4 m 10-5 m 10-6 m 10-7 m Ultravioleta Visível Infravermelho Microondas 0.1 mm 100 µm 0.01 mm 10 µm 1,000 nanómetros = 1 micrómetro (µm) 0.1 µm 100 nm grão de pólen glóbulos vermelhos dispositivos Microelectromecânicos (MEMS) largura : µm DNA ~2-1/2 nm de diâmetro átomos de silício Espaçamento: nm 10-9 m m Raios X 1 nanómetro (nm) 0.1 nm 48 átomos de ferro numa superfície de cobre diâmetro: 14 nm Fonte: Office of Basic Energy Sciences Office of Science, U.S. DOE Nanotubo de carbono ~1.3 nm de diâmetro Fulereno ~1 nm de diâmetro

4 Alguns produtos da construção podem ser considerados ou constituídos por materiais nanoestruturados : Alumínio anodizado Betão

5 Aplicação de materiais nanoestruturados na construção Resistência química Resistência mecânica Leveza Flexibilidade Durabilidade MATERIAIS NANOESTRUTURADOS Autolimpeza Isolamento térmico Anticorrosão Produção de energia biocida sensor

6 Adição de nanomateriais ao betão nano-sio 2 Função: melhoria da resistência e trabalhabilidade aumenta a resistência à penetração de água e lixiviação de Ca microestrutura promove as reações pozolânicas e de hidratação

Adição de nanomateriais ao betão (ação à nanoescala) Nano-cristais Nanotubos de C BASF X-SEED Nano cristais que aceleram o processo de endurecimento do betão Função: aumento

7 Adição de nanomateriais ao betão (ação à nanoescala) Nano-cristais Nanotubos de C BASF X-SEED Nano cristais que aceleram o processo de endurecimento do betão Função: aumento da resistência à compressão mais rápido redução consumo energético e de emissões de carbono Função: aumento da resistência mecânica geral e da resistência à fissuração futuro

8 Aço com microestrutura modificada (ação à nanoescala) Microestrutura lamelar minimiza efeitos microgalvânicos Função: aumento da resistência à mecânica, ductilidade e rigidez aumento resistência à corrosão

fibras estão alinhadas World Expo Shanghai, China,

9 Adição de nanomateriais ao betão nanofibras ópticas A transmissão de luz é maior na direção em que as fibras estão alinhadas World Expo Shanghai, China, Pavilhão Italiano Função: tornar o betão transluzente

10 Nanomaterial como produto da construção leveza isolamento térmico e acústico iluminação Aerogel de sílica

limpas por muito tempo Função: auto-limpeza promove a degradação de

11 Adição de nanomateriais ao betão nano-tio 2 TiO 2 anatase UV Ação fotocatalítica Igreja da Divina Misericórdia (Roma) Paredes brancas, limpas por muito tempo Função: auto-limpeza promove a degradação de poluentes atmosféricos (NO x, CO, SO x ) melhoria de resistência à compressão e à abrasão

12 Revestimentos nanoestruturados contendo nano-tio 2 vidros Função: auto-limpeza anti-embaciamento

13 Revestimentos nanoestruturados híbridos contendo nano-sio 2 fachadas de edifícios Função: auto-limpeza anti-envelhecimento: menor retenção de poeiras resistência ao enfarinhamento resistência à fissuração melhor retenção de cor

crómio (VI) Elevada toxicidade ambiental futuro Sistemas integrados

14 Revestimentos nanoestruturados proteção anticorrosiva (metais) em desenvolvimento início Substituição dos pré-tratamentos à base de crómio (VI) Elevada toxicidade ambiental futuro Sistemas integrados de revestimento multifuncionais Dispensa pré-tratamento Mais amigos do ambiente

dureza aderência à base cerâmicos reduzida espessura resistência química ação

15 Revestimentos híbridos nanoestruturados promissores orgânico HÍBRIDO flexibilidade compatibilidade orgânica hidrofobicidade polímeros inorgânico resistência química dureza aderência à base cerâmicos reduzida espessura resistência química ação anticorrosiva barreira Existem algum aplicações comerciais: Ef. Sinérgico Propriedades ÚNICAS

16 Revestimentos híbridos nanoestruturados Estudos LNEC Ligas de alumínio Rev. hibridos com lacagem Função: promotor aderência (s/ Cr) ação anticorrosiva (barreira+ativa) Após ensaio de corrosão Inibidor nanopartículas Espécies corrosivas Revestimento Nanoestrutura de SiO 2 -ZrO 2 Alumínio Óxidos passivantes Esquema do revestimento nanoestruturado [a] (AFM) Morfologia da superfície do revestimento Incorporação de inibidores de corrosão em nanopartículas formadas in situ Ação anticorrosiva ativa [a] I. Rute Fontinha - Tese doutoramento

Revestimentos híbridos nanoestruturados Estudos LNEC Aço e aço galvanizado Para além da introdução de inibidores de corrosão, são incorporados no revestimento híbrido agentes reparadoresda

17 Revestimentos híbridos nanoestruturados Estudos LNEC Aço e aço galvanizado Para além da introdução de inibidores de corrosão, são incorporados no revestimento híbrido agentes reparadoresda matriz deste Função: auto-reparadora self-healing ação anticorrosiva (barreira+ativa) maior durabilidade Esquema do revestimento nanoestruturado [b] [b] Rita Figueira - Tese doutoramento (em curso)

18 Revestimentos híbridos nanoestruturados Estudos LNEC Ligas de alumínio Ligas de cobre Revestimentos nanoestrurados Materiais vítreos Aço, aço galvanizado Desenhados à medida DIFERENTES SUBSTRATOS Madeira FIM

Camada porosa: Ø poro ~ 20 100 nm Camada barreira ~ 2-200

19 O revestimento de oxidação anódica do alumínio anodizado é constituído por uma estrutura nanoporosa Até µm Camada porosa: Ø poro ~ nm Camada barreira ~ nm Alumínio Estrutura do revestimento anódico Imagem no MEV

micro nano CSH Resolução atómica 20 x 20 nm 2 As propriedades e os processos à nanoescala definem interações

20 O betão é um material complexo, nanoestrurado: é constituído por uma fase amorfa, nano-micro cristais, e água. A fase amorfa, silicatos de cálcio hidratados (CSH) a cola quemantemobetãoagregado tambéménanoestruturada macro micro nano CSH Resolução atómica 20 x 20 nm 2 As propriedades e os processos à nanoescala definem interações entre partículas e fases que ocorrem à microescala e os efeitos das cargas aplicadas e do meio envolvente à macroescala.

21 O betão auto sensor propriedades elétricas sensíveis à variação de tensões (compressão) segurança estrutural sensor de tráfico Nanotubos de carbono

22 Obrigada pela atenção Materiais nanoestruturados. Desenvolvimento e aplicações nos revestimentos de proteção anticorrosiva Rute Fontinha e Manuela Salta Departamento de Materiais Núcleo de Materiais Metálicos

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