“Produção de nanomateriais

Como se produz uma multicamada?

Novembro de 2014

Equipa 15: Catarina Teixeira Gonçalo Coelho Henrique Sá Inês Mimoso José Barros Maria Neves

Multicamadas

Índice

Resumo……………………………………………………………………3

Introdução…………………………………………………………………4

Teoria……………………………………………………………………...5

Capítulo I……………………………………………………………5

Nanomateriais……………………………………………….5

Capítulo II…………………………………………………………..7

Multicamadas………………………………………………..7

Métodos de produção………………………………..8

Aplicações…………………………………………….9

Parte Prática………………………………………...10

Conclusão…………………………………………………………….....12

Referências bibliográficas……………………………………………..13

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Multicamadas

Resumo

O presente trabalho teve como principal objetivo a investigação de nanomateriais e a compreensão dos processos de produção de multicamadas.

A partir de Alumínio (Al) e Cobre (Cu) foi produzida uma multicamada

pelo método de deformação plástica severa, em que cada um dos filmes tem

de espessura 0,5mm e 0,07mm, respetivamente. Como resultado final foi

obtida uma multicamada composta por 6 ciclos de alumínio e cobre.

A produção desta multicamada permitiu ao grupo concretizar a junção de filmes de diferentes elementos pelo processo de deformação plástica severa.

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Introdução

“A nanotecnologia é a capacidade potencial de criar coisas a partir do

mais pequeno, usando as técnicas e ferramentas que estão a ser

desenvolvidas nos dias de hoje para colocar cada átomo e cada molécula no

lugar desejado. “ [1].

Assim sendo, esta ciência está a ganhar um grande destaque na actualidade na medida em que permite uma nova gama de aplicações.

As multicamadas são camadas alternadas de diferentes elementos que

oferecem elevada resistência térmica, força entre outras propriedades.

Possuem uma grande variedade de aplicações, nomeadamente a deteção de

campos eletromagnéticos, ampliação e processamento de sinais, emissão de

luz, armazenamento de informação, entre outras [5].

O alumínio é um metal que apresenta cor cinzenta. Tem boa resistência à corrosão atmosférica e elevada condutibilidade térmica e elétrica.

O cobre é um metal macio, maleável e dúctil. Apresenta uma coloração avermelhada e é um excelente condutor de eletricidade.

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Capítulo 1

Nanomateriais

Os nanomateriais são pequenas partículas, como esquematizadas na fig.1, na ordem dos 10−9 metros (nanómetros), que apresentam as mais diversas funções e aplicações. Podem ser naturais, resultar de atividades humanas ou fabricados para fins específicos [1].

A nanotecnologia trouxe a capacidade de adaptação de materiais já

conhecidos a novas funcionalidades, modelando apenas o seu tamanho. Isto é,

podemos descobrir novas propriedades e novos materiais preparados através

da modificação de materiais já conhecidos. Os processos físicos e as reações

químicas ocorrem mais eficazmente nos nanomateriais, uma vez que, a razão

entre a área e o volume aumentam, graças ao tamanho reduzido das suas

partículas [2].

Fig 1 – Modelo bi-dimensional de um sólido nanocristalino.

Estes materiais estão presentes no nosso dia-a-dia nos mais variados

produtos, como, por exemplo, nos alimentos, nos cosméticos, nos produtos

eletrónicos e nos medicamentos. Além disso, estão na base do

desenvolvimento de diversas áreas, assim como a medicina, a proteção

ambiental e a eficácia energética, oferecendo também novas oportunidades em

áreas já exploradas, nomeadamente a engenharia e a tecnologia da

informação e comunicação [1].

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Alguns exemplos mais específicos são os nanotubos de carbono-fig.2-(constituídos por folhas de grafeno enroladas com diâmetros de dimensões nanométricas), os pneus- fig.3 - e as raquetes de ténis-fig.4 [3].

Fig.2 – Esquema de um nanotubo de carbono.

Fig.3 – Pneus (uma das aplicações dos nanomateriais)

Fig.4 – Raquete de ténis (aplicação dos nanomateriais)

Apesar dos nanomateriais possuírem muitas propriedades benéficas, os

riscos dos mesmos para a saúde ainda são muito desconhecidos. Sendo

assim, é importante gerir com especial precaução estes materiais. Para além

disto, este tipo de partículas são termodinamicamente instáveis, o que faz com

que seja um grande desafio preparar nanomateriais estáveis [3].

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Multicamadas

Capítulo 2

Multicamadas

A alternância de diferentes camadas compostas por diferentes

elementos em dimensões extremamente reduzidas é chamada de

multicamadas, como se encontra esquematizado na figura 5. Este conjunto de

materiais oferece elevada resistência térmica e força, além de outras

propriedades.

São compostas pela alternância de filmes, figura 6, que são finas

camadas de material depositado sobre substratos de qualquer natureza. Assim,

estas possuem uma grande variedade de aplicações, nomeadamente a

deteção de campos eletromagnéticos, ampliação e processamento de sinais,

emissão de luz, armazenamento de informação, entre outras [4].

Fig. 5 – Esquema de uma multicamada composta por filmes de Níquel e Cobalto.

Fig. 6 – Exemplo de um material

onde se podem observar as várias

camadas que compõem a

multicamada.

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Multicamadas

Métodos de Produção

As multicamadas podem ser produzidas através de diferentes processos, assim como:

- Deformação plástica severa (ARB) – Para os materiais metálicos, é

definida como um processo de deformação mecânica em que elevadas

deformações são impostas a uma peça, usualmente a uma temperatura inferior

a 40% da temperatura de fusão do material de que é composta [5].

As principais vantagens são a simplicidade da técnica, a tecnologia

associada, a produção de peças de grande dimensão, a inexistência de

problemas associados à porosidade e a quase nula contaminação das peças

por impurezas [6].

- Pulverização catódica – É considerada uma das técnicas mais

versáteis, que funciona tanto no laboratório como industrialmente [7]. “Esta

técnica pode ser definida como sendo um processo que ocorre quando são

ejetados átomos e moléculas de uma superfície, como resultado do impacto de

partículas de alta energia, que se depositam nas superfícies circundantes” [8]

- Electrodeposição - Deposição de materiais metálicos no estado puro num substrato condutor. Este processo é relativamente barato, tendo aplicabilidade industrial. [9]

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Aplicações

As multicamadas podem ter uma gama de aplicações muito grande, dependendo dos materiais utlizados, das espessuras dos filmes e do número de ciclos de que é composta a multicamada.

Um exemplo de um aplicação é uma multicamada de 𝑇𝑖𝐴𝑙𝑁𝑥, 𝑇𝑖𝐴𝑙𝑁𝑥𝑂𝑦

e 𝑆𝑖𝑂2. A produção desta multicamada teve como objetivo a absorção seletiva

da luz solar. Assim, com os materiais utilizados é possível a criação de um

sistema em que a absorção de radiação solar seja concretizada tanto devido à

absorção intrínseca dos materiais, como por efeito de interferência de fase

entre as camadas. [10]

Outro exemplo são as multicamadas de Ni/Al e Ti/Al que, por produzirem

grandes quantidades de calor na reação localizada entre as camadas, são

utilizadas não só na indústria eletrónica, mas também no setor aeroespacial,

aeronáutico e automóvel. É uma tecnologia de ligação promissora uma vez que

permite a junção de materiais de forma direta (sem adição de solda) [11]

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Parte prática

Objetivo

Com a componente prática deste trabalho, pretende-se compreender a

estrutura e processo de fabrico, por ARB, de uma multicamada. Para tal, foi

produzido uma multicamada de Al e Cu, em que cada um dos filmes tem de

espessura 0,5mm e 0,07mm, respetivamente.

Material

Filme de Al, 0,5mm; Filme de Cu, 0,07mm; Laminador; Lixa; Álcool; Alicate; Tesoura.

Procedimento

Para a produção da multicamada procedeu-se da seguinte forma:

(1) Corta-se um filme de Al e outro de Cu com o mesmo comprimento; (2) Lixam-se os filmes;

Fig. 7 – Camada de alumínio a ser lixada.

(3) Limpam-se os metais com álcool; (4) Sobrepõem-se o Al e o Cu;

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(5) Com o alicate colocam-se no laminador os filmes;

Fig. 8 – laminador utilizado para a produção da multicamada

(6) Corta-se o resultado do primeiro ciclo a meio; (7) Sobrepõem-se novamente as camadas – Al Cu Al Cu; (8) Repete-se o processo até chegar ao sexto ciclo.

Fig 9. – Esquema de um dos ciclos

da multicamada. Sobreposição das

amostras dos dois metais, ainda por

passar na laminadora

Fig. 10 – Esquema de uma

multicamada.

Fig.11 – Multicamada produzida Fig.12 – Vista lateral da

multicamada produzida.

pelo grupo vista de cima.

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Conclusões

Com a realização deste trabalho concluiu-se que a nanotecnologia é

vista como um fator-chave de desenvolvimento de diferentes áreas, tendo

variadas aplicações. O seu contributo é grande no nosso dia-a-dia, apesar dos

seus riscos para a saúde serem ainda desconhecidos.

Focando mais no tema central do nosso trabalho, depreendemos que as

multicamadas podem ser produzidas a partir de diversos materiais e conforme

a espessura e os elementos utilizados poderão ter diferentes aplicações. O

método de deformação plástica severa é utilizado para a produção de

multicamadas metálicas e tem um conjunto alargado de vantagens uma vez

que permite a produção a grande escala e diminui a probabilidade de

contaminação das peças por impurezas.

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Referencias Bibliográficas: [1] Euroresidentes, Introdução á nanotecnologia. O que é a nanotecnologia?. Disponível em: http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsa vel/introducao_nanotecnologia.htm [Consultado em 23/09/2014]

[2] Agência Europeia para a Segurança e Saúde no Trabalho, A gestão dos

nanomateriais no local de trabalho. Disponível em:

https://osha.europa.eu/pt/topics/nanomaterials/index_html [Consultado em

16/10/2014] [3] A Schulz, Peter (2013) Nanomateriais e a interface entre nanotecnologia e

ambiente. Disponível em:

http://www.visaemdebate.incqs.fiocruz.br/index.php/visaemdebate/article/view/6

7/78 [Consultado em 14/10/2014]

[4] Zarbin, Aldo J. G. (2007) Química de (nano)materiais. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422007000600016 [Consultado em 25/09/2014] [5] Carvalho da Silva, Suelanny (2012) Nanocompósitos à base de

Pr2Fe14B/Fe-alfa para aplicações térmicas. Disponível em:

http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-29042013-

101915/publico/2012SilvaNanocompositos.pdf [Consultado em 14/10/2014] [6] R. Z. Valiev e I. V. Alexandrov, “Nanostructured materials from severe plastic deformation,” Nanostructured Materials 12(1-4), 35–40 (1999). [7] Milheiro, Francisco Aurelio Campos (2006) Produção e caracterização de

pós compósitos nanoestruturados do metal duro wc-10co por moagem de alta

energia. Disponível em: http://livros01.livrosgratis.com.br/cp071173.pdf

[Consultado em 29/09/2014]

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[8] Simões, Sónia Luísa dos Santos (2010) Ligação por difusão no estado

sólido de aluminetos de titânio revestidos com filmes finos multicamada.

Disponível em:

http://digitool.fe.up.pt:1801/view/action/singleViewer.do?dvs=1414517195269~6

21&locale=pt_PT&metadata_object_ratio=25&side_by_side=false&VIEWER_U

RL=/view/action/singleViewer.do?&preferred_extension=pdf&DELIVERY_RULE

_ID=5&frameId=1&usePid1=true&usePid2=true [Consultado em 29/10/2014]

[9] Moutinho, Jorge David Ferreira (2011) Produção de Filmes Finos

Multicamada Al/Ni por Eletrodeposição. Disponível em: http://repositorio-

aberto.up.pt/bitstream/10216/63443/1/000149665.pdf [Consultado em

03/10/2014]

[10] Soares, Sandra Branco (2012) Otimização das propriedades de barreira de um sistema em multicamada para absorção selectiva da luz solar.

Disponível em:

http://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/23033/1/Sandra%20Branco

%20Soares.pdf [Consultado em 03/10/2014]

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