Química dos Materiais

Conhecimentos de Base Recomendados

Química Geral 1 e 2, Química Física 1 e 2, Química Inorgânica, Química Orgânica 1 e 2.

Métodos de Ensino

Os métodos de ensino das aulas teóricas e práticas têm como objetivo a aprendizagem global da disciplina.
Cada aluno irá realizar um trabalho individual de pesquisa bibliográfica baseado num tema de atual interesse, utilizando a Internet como fonte de informação atualizada e procurando outras fontes de informação adequadas.
O ensino prático incide sobre, e acompanha, a matéria das aulas teóricas com a preparação e estudo das propriedades físico-químicas de polímeros, cerâmicos, cristais líquidos e outros materiais de interesse.

Resultados de Aprendizagem

O objetivo desta disciplina é introduzir aos estudantes a filosofia e metodologia de Química de Materiais utilizando o tetraedro dos Materiais: síntese e processamento, propriedades, estrutura e composição, desempenho. Os objetivos do programa são os seguintes:

1. Conhecimento e Capacidade de compreensão:

1.1. Compreensão e utilização de conceitos em Química na área dos materiais;

1.2. Compreender a ligação da disciplina com outras;

1.3. Capacidade de sintetizar a informação.

2. Aplicação de Conhecimentos e Compreensão:

2.1. Aplicar conhecimentos na resolução de problemas em situações novas.

3. Realização de julgamento/tomada de decisão:

3.1. Saber prever e interpretar dados; fundamentar e argumentar oralmente e por escrito determinadas decisões.

4. Comunicação:

4.1. Compreender e saber utilizar as fontes de informação. Capacidade para pesquisar e utilizar bibliografia;

4.2. Saber transmitir adequadamente os conhecimentos adquiridos, mesmo para o público não especialista.

5. Competências de auto-aprendizagem:

5.1. Capacidade para aprender autonomamente ao longo da vida.

Estágio(s)

Não

Programa

1. Introdução e químico de estado sólido. Relação entre as aplicações e as propriedades físicas: os casos específicos do ouro e aço, e de metais e polímeros. O tetraedro dos Materiais: síntese e processamento, propriedades, estrutura e composição, desempenho. Cristalinidade de sólidos. Óxidos metálicos simples e mistos – casos da alumina e do óxido de titânio (IV). A estrutura das perovskites e spineis. Introdução à teoria das bandas em sólidos – estruturas das bandas e propriedades eletrónicas. Defeitos em sólidos – defeitos de Frenkel e Schottky. Zeólitos. Silício amorfo e policristalino. Dopagem e semicondutores II/V e II/VI. Precursores para materiais eletrónicos. Propriedades magnéticas.

2. Metais:

Estruturas de metais e ligas metálicas, propriedades físicas e químicas, importância da microestrutura fásica. Propriedades elétricas e magnéticas.

3. Cerámicos e o estado vítreo:

Estruturas cristalinas simples de cerâmicos. Processamento de cerâmicos: vitrificação e sinterização. O processo sol-gel e a formação de novos materiais. Supercondutividade em materiais cerâmicos. A transição vítrea. Materiais que apresentam fases vítreas e amorfas. Cristalinidade, taticidade e o efeito de aditivos na fase vítrea. Propriedades óticas de vidros.

4. Polímeros:

Polímeros naturais e sintéticos: homopolímeros e copolímeros. Tipos de polimerização e famílias de polímeros. Termoplásticos e resinas. Polidispersidade e o conceito de massa molecular de polímeros. Morfologia e o grau de cristalinidade de materiais poliméricos. Reologia e viscoelasticidade de sistemas poliméricos. O efeito da reticulação nas propriedades de polímeros. Polímeros funcionais. Polímeros condutores e polímeros conjugados: síntese e eletrossíntese, propriedades físicas e químicas.

5. Cristais líquidos e materiais macias:

Mesofases e cristais líquidos: sistemas calamíticos e discóticos. Divisão dos sistemas calamíticos em fases esméticas e nemáticas. Relação entre a forma e a estrutura das mesofases. Mesofases termotrópicas e liotrópicas.

6. Nanomateriais e materiais avançados:

Conceitos básicos de nanoquímica. “Bottom up versus top down”. Efeitos quânticos do tamanho. Nanoesferas, nanotubos e nanoparticulas. Autoagregação e química supramolecular. Biomineralização. Aplicações de nanomateriais.

Docente(s) responsável(eis)

Hugh Douglas Burrows

Métodos de Avaliação

Contínua
Trabalho laboratorial ou de campo: 20.0%
Projecto: 20.0%
Exame: 60.0%

Bibliografia

ELLIS, A.B.; GESELBRACHT M.J.; JOHNSON, B.J. [et.al.]. (1993).Teaching General Chemistry: A Materials Science Companion. Washington, DC: American Chemical Society.

WALTON, D.; LORIMER, P. (2000). Polymers. Oxford: Oxford University Press.

OZIN, G.A.; ARSENAULT, A.C. (2005). Nanochemistry: A Chemical Approach to nanomaterials. Cambridge: Royal Society of Chemistry.

SMITH, W.F. (1998). Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais. Lisboa: Mc-Graw-Hill. (trad. M.E. Rosa, M.A. Fortes, L. Guerra-Rosa, M. de Fátima Vaz)