Materiais nanoestruturados. Desenvolvimento e aplicações nos revestimentos de proteção anticorrosiva Rute Fontinha e Manuela Salta Departamento de Materiais Núcleo de Materiais Metálicos
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 ~ 10-20 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 : 10-100 µm DNA ~2-1/2 nm de diâmetro átomos de silício Espaçamento: 0.078 nm 10-9 m 10-10 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
Alguns produtos da construção podem ser considerados ou constituídos por materiais nanoestruturados : Alumínio anodizado Betão
Aplicação de materiais nanoestruturados na construção Resistência química Resistência mecânica Leveza Flexibilidade Durabilidade MATERIAIS NANOESTRUTURADOS Autolimpeza Isolamento térmico Anticorrosão Produção de energia biocida sensor
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 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
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
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
Nanomaterial como produto da construção leveza isolamento térmico e acústico iluminação Aerogel de sílica
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
Revestimentos nanoestruturados contendo nano-tio 2 vidros Função: auto-limpeza anti-embaciamento
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
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
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
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 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)
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
O revestimento de oxidação anódica do alumínio anodizado é constituído por uma estrutura nanoporosa Até 15-30 µm Camada porosa: Ø poro ~ 20 100 nm Camada barreira ~ 2-200 nm Alumínio Estrutura do revestimento anódico Imagem no MEV
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.
O betão auto sensor propriedades elétricas sensíveis à variação de tensões (compressão) segurança estrutural sensor de tráfico Nanotubos de carbono
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