CMS-301 Física do Estado sólido

Transcrição

1 CMS-301 Física do Estado sólido Engenharia e Tecnologia Espaciais ETE Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores L.F.Perondi Engenharia e Tecnologia Espaciais ETE Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores

2 Informações Gerais Conteúdo Introdução Redes Cristalinas Classificação de Redes Cristalinas Defeitos em Cristais Princípios de Plasticidade em Cristais Difusão em Sólidos

3 Calendário Informações Gerais (cont.) Outubro 2008 S T Q Q S S D (manhã 9 hs - R) 8 9 (manhã 9 hs - R) (à tarde, 14 hs LAS) (manhã 9 hs - R)

4 Informações Gerais (cont.) Avaliação - Séries (p/ classe). -Questões em prova de final do curso.

5 Informações Gerais (cont.) Bibliografia - ASHCROFT, N.W., MERMIN, N.D., Solid State Physics, Fort Worth, Saunders College Publishing, ASKELAND, D.R., PHULÉ, P.P., The Science and Engineering of Materials, Bangalore, Thomson, 2003.

6 Sumário Introdução Redes Cristalinas Redes de Bravais Célula Primitiva Redes SC, BCC, FCC e HCP Redes Diamante e Zincblend

7 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.

8 1.0 - Introdução 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.

9 1.0 - Introdução Classificação dos Sólidos 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)

10 1.0 - Introdução Classificação dos Sólidos Metais e Ligas Exemplos de Aplicação Propriedades Cobre Condutores Alta condutividade elétrica, conformabilidade Cerâmicas e vidros Ferro Bloco de motores Fundidos, dutilidade Aços Maquinário, chassis Alta resistência mecânica SiO 2 -Na 2 -O-CaO Vidro comum Opticamente transparente Al 2 O 3, MgO, SiO 2 Refratários Isolantes térmicos, resistentes a altas temperaturas BaTiO 3 - Titanato de Bário Capacitores para microeletrônica Alta capacidade para armazenar carga, na função de dielétrico Polímeros Silica Fibras Ópticas Perdas ópticas pequenas Polietileno Indústria de alimentos - empacotamento Epóxi Encapsulante para circuítos integrados Facilemente produzido na forma de filme flexível e impermeável Isolante elétrico e resistente à umidade Fenólicos Adesivo para compensados Resistentes mecânicamente e impermeáveis a gases

11 1.0 - Introdução Classificação dos Sólidos Semicondutores Exemplos de Aplicação Propriedades 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

12 1.0 - Introdução 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.

13 1.0 - Introdução 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.

14 1.0 - Introdução 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.

15 1.0 - Introdução Classificação dos Sólidos

16 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 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.

17 Redes de Bravais

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