Transcript Slide 1 - Casa da Ciência

SUPERANDO LIMITES – NOVOS
MATERIAIS E ESPORTE
Angelo C. Pinto
Instituto de Química
Universidade Federal do Rio de Janeiro
[email protected]
ACP
COMPÓSITOS
São materiais formados de dois ou mais constituintes com
distintas composições, estruturas e propriedades e que estão
separados por uma interface. Um dos constituintes é
denominado de fase de reforço e o outro é responsável pela
impregnação do reforço, conhecido como matriz. O material
utilizado no reforço pode estar na forma de fibras, partículas
ou flocos. A matriz geralmente é um material contínuo. O
objetivo principal em se produzir compósitos é de combinar
diferentes materiais para produzir um único dispositivo com
propriedades superiores às dos componentes unitários.
Exemplos de sistemas de compósitos incluem: a madeira,
onde a matriz lignina é reforçada com as fibras de celulose; o
osso, matriz mineral reforçada com fibras de colágeno; o
concreto reforçado com aço, as fibras de carbono reforçadas
com resina epóxi, entre outros.
A busca é sempre por compósitos com
altas propriedades mecânicas e baixas
densidades que possam substituir
materiais usualmente utilizados como o
aço, alumínio e madeira, por exemplo.
PARTÍCULAS PEQUENAS: GRANDES
SOLUÇÕES PARA SUPERFÍCIES E NOVOS
MATERIAIS
Nanopartículas repulsivas (anti-aderência); superfícies a
prova de liquídos e gorduras.
Nanocompósitos para adesão (fabricação de adesivos)
para revestimento impermeável a gases sob pressão
para a confecção de bolas e embalagens. Tintas e
revestimentos de maior aderência e melhor acabamento.
Novos materiais para solados resistentes a impactos.
1nm = 10-9 m
Natureza da ligação química
Forças intermoleculares: natureza e
consequências
Macromoléculas: síntese, estatística,
entrelaçamento e dinâmica
Adesão e coesão. Superfícies
Galembeck, F. (1997, USP) Materiais: Progressos e Perspectivas
Em A Importância da Ciência para o Desenvolvimento Nacional
KEVLAR®
Estrutura cristalina
Quem são os grandes atores responsáveis
pelas pesquisas por novos materiais?
A pesquisa em materiais foi, durante muito
tempo, dirigidas pelos setores militar e aeroespacial. Muitos temas charmosos e
científicamente
fascinantes
foram
despertados por interesses perversos. (Galembeck)
Muitas vezes fabricar peças em compósitos é mais caro que em
metais, porém o ganho da redução do gasto com combustível vale a
pena. Para cada massa de 0,453 kg reduzida em uma aeronave
comercial economiza-se 1360 L de combustível por ano, sendo que
as despesas com combustível representam 25% dos custos
operacionais de uma aeronave comercial.
Materiais sempre foram usados para o bem e para o mal
OS ELEFANTES FORAM OS QUE MAIS LUCRARAM COM OS PLÁSTICOS
Ainda bem que as bolas são
sintéticas graças à Química
No final do sec. XIX o uso de polímeros sintéticos evitou que ~ 10000
elefantes fossem mortos anualmente.
A Força da Natureza
A pedra superior é obsidiana,
abaixo dessa é granito e à direita
mais abaixo está o riolito (cor clara)
Dentes de elefante, de onde
se extrai o marfim
O ETNA EM ERUPÇÃO
FÁBRICA DE NANOTUBOS
LQES
Reforço;Preço
por grama
O material invisível do grande espetáculo
FORMAS DE CARBONO
O IMPACTO DOS MATERIAIS NO
MUNDO ESPORTIVO
ESSE IMPACTO É IMENSURÁVEL
Um verdadeiro laboratório de ensaios de novos materiais
Bolas de futebol
Revestimento a base
de poliuretano
Nanocompósitos como
adesivos homogêneos.
Revestimento impermeável para gases sob
pressão.
FULERENO - C60
• A partir da Copa de 1994, as "redondas" passaram a ter
revestimento de Poliuretano, dando mais velocidade ao jogo. E, nas
camadas internas, um novo polímero foi adicionado: o Poliestireno,
muito conhecido de nós todos na sua forma expandida, chamada de
isopor. Como resultado, mais maciez e chutes ainda mais rápidos.
•
Algumas marcas de bolas, sob o revestimento de poliuretano, têm
dez camadas de poliestireno com borracha natural com microbolhas
cheias de gás. Velocidade e precisão são a conseqüência.
Algumas marcas utilizam camadas de polietileno sob o
revestimento de poliuretano.
•
A câmara também é feita de um polímero, a Borracha Butílica. Com
as moléculas estão mais unidas que as da borracha natural, retém
melhor o ar. Até na costura encontramos um compósito: o kevlar,
cinco vezes mais resistente que um cabo de aço. Assim, mesmo
após muitos chutes, a bola continua inteira e redondinha
[email protected]
Kevlar® 2 vezes mais
resistente que a fibra de vidro
e muito mais leve. Não resiste
a altas compressões.
Materiais para todos os gostos e preços
1845
John Boyd Dunlop 1888
OS NOVOS MATERIAIS E A SUPERAÇÃO DE LIMITES
ACP
ACP
Material : Bambu ou madeira, alumínio, fibra de
carbono
Recordistas mundiais:
Serguei Bubka
Yelena Isinbayeva
MARIA LENK: Uma glória nacional
O último salto
Depois da grande vitória
Não há material de melhor qualidade do que este!
Esta apresentação é dedicada a Professora Aïda Espinola
pelo que fez e pelo que vem fazendo pela ciência aqui e alhures
BIBLIOGRAFIA
• Galembeck, F. Materiais: Progressos e Perspectivas
(1997) em A importância da ciência para o
desenvolvimento nacional, ABC, SP.
• Lqes.iqm.unicamp.br
• Fagan, S. B. Funcionalização de Nanotubos de
Carbono, RS.
• Ferreira, O. P. Nanotubos de carbono: Preparação e
caracterização (Monografia, UNICAMP).
• Instituição Inovação: Da Pedra lascada aos
nanomateriais.