Materiais de Construção
Por: theixgg • 12/5/2017 • Trabalho acadêmico • 4.028 Palavras (17 Páginas) • 172 Visualizações
- MATERIAIS AVANÇADOS
1.2 NANOTUBOS DE CARBONO NA CONTRUÇÃO CIVIL
- Nanotecnologia
A ideia de manipular os átomos e reorganizá-los surgiu nos anos 50, onde os cientistas se perguntavam o que aconteceria se pudessem movê-los ou manipulá-los, portanto assim surgiu o conceito de nanotecnologia.
A palavra nanotecnologia se origina a partir da junção de duas palavras, da palavra nano que significa “anão” em grego, também utilizado na notação cientifica para representar um bilionésimo ou 10 ‾⁹ e a palavra tecnologia que trata do conhecimento técnico e cientifico e a aplicação deste conhecimento em materiais e processos.
Nanotecnologia é junção de técnicas embasadas em diversos campos da ciência como na física, química, engenharia dos materiais etc., que visa compreender a capacidade de o ser humano manipular a matéria até dimensão atômica e molecular, tendo por objetivo a construção de estruturas e matérias a partir do átomo.
A Nanotecnologia e a Nanociência se dedicam na criação de novas moléculas com arquiteturas muito diferentes resultando em propriedades especiais, onde suas aplicações são muito amplas abrangendo diversas áreas como na física, química, engenharia de materiais, bioquímica, medicina entre outras.
Dentre as diversas estruturas desenvolvidas se destacam os nanotubos de carbono e sua utilização na engenharia de materiais, mais precisamente no cimento portland.
- Carbono
O carbono é um dos elementos químicos mais importantes para o ser humano e sua existência. O mesmo vem sendo utilizado há vários anos na fabricação de vestuários (peles e tecidos) quanto na de combustíveis (carvão, petróleo e madeira).
Mais comum associado a outros elementos como no caso do aço carbono (ferro e carbono), o carbono pode ser encontrado na sua forma elementar (apenas carbono) como no caso do grafite e do diamante conhecidas como formas alotrópicas.
O diamante possui um arranjo periódico de átomos de carbono no qual cada um deles está ligado a quatro átomos vizinhos dispostos simetricamente, já o grafite consiste em uma superposição de finíssimas folhas de grafeno de um único átomo de espessura onde cada folha é um arranjo periódico de átomos de carbono ligados a três vizinhos formando uma estrutura com anéis hexagonais no formato de uma colméia.
[pic 1](a)[pic 2](b)
FIGURA 1 - (a) Arranjo de átomos de carbono em um diamante. (b) Arranjo de átomos de carbono em uma folha de grafite
FONTE: MELO, 2009.
Além destas duas formas já conhecidas e mais comuns, nos anos 80 químicos de duas importantes universidades, Universidade de Sussex no Reino Unido e a Universidade de Rice nos Estados Unidos, descobriram um novo arranjo no formato que lembra uma bola de futebol, denominado “fullerenos”, são estruturas ocas de carbono constituídas por anéis hexagonais e pentagonais.
Já nos anos 90, mais precisamente no ano de 1991 o famoso físico japonês Sumio Iijima, comprovou a existência de uma nova estrutura formada por múltiplas camadas de folhas de grafeno no formato tubular, denominados nanotubos de carbono. Já em 1993 descobriu-se os nanotubos de uma camada.
[pic 3](a)[pic 4](b)
FIGURA 3 - (a) Nanotubo de múltiplas camadas. (b) Arranjo de átomos de carbono em uma folha de grafite
FONTE: MELO, 2009.
Estruturas tubulares são raramente encontradas na natureza, com exceção de alguns minerais de silicato, como o amianto crisotila. Porem as estruturas tubulares de carbono nunca foram encontradas na natureza e são portanto um novo tipo de sólido de carbono criado artificialmente.
O diâmetro de um nanotubo de carbono geralmente é quase comparável ao diâmetro de uma molécula individual, sendo considerado assim uma só molécula, já seu comprimento pode chegar a alguns micrômetros.
O nanotubo de carbono - NTC de parede única após vários estudos e experiências, comprovou-se ser eletricamente um semicondutor ou metálico dependendo do seu diâmetro ou quiralidade, sendo que na sua forma unitária de parede única pode ser considerado um transistor.
[pic 5]
FIGURA 4 – Imgens de microscopia de transmissão de nanotubos de carbono
FONTE: SOUZA FILHO, 2007.
Esta propriedade e varias outras fez com que a indústria interessa-se pelos NTCs, se utilizando suas propriedades únicas como fonte de emissor de elétrons com alta densidade de corrente, fio elétrico altamente condutor, condutor térmico elevado para radiador de calor, microscópios de sondagem de varrimento, peneiras moleculares, absorventes de gás, veículos para sistemas de administração de fármacos em nano-biomedicina etc.
- Cimento Portland
Descoberto no ano de 1756 por John Smeaton foi fruto de uma investigação para encontrar um material mais resistente à ação agressiva da água do mar, mas somente em 1824 sua patente foi outorgada por Joseph Aspdin, e assim a utilização das argamassas e dos concretos sofreu um grande impulso, marcando o inicio de uma nova era.
Composto principalmente pelo clínquer que é o resultado da calcinação a 1450 ºC de uma mistura de calcário e argila e ocasionais corretivos químicos de natureza silicosa, aluminosa ou ferrífera, sendo que essa mistura deve ser preparada de forma homogênea antes deste tratamento térmico, afim de que os compostos desejados no clínquer sejam facilmente formados.
Dentre os compostos principais do clínquer, pode-se listar a cal livre (CaO), a sílica (SiO2), a alumina (Al2O3), a hematita (Fe2O3) e, em proporções menores, a magnésia (MgO), o anidrido sulfúrico (SO3), o óxido de sódio (Na2O), o óxido de potássio (K2O) e o óxido de titânio (TiO2).
Após estes minerais serem triturados finamente e misturados de forma homogênea, são levados até a temperatura de fusão inicial onde acontecem combinações químicas que geram compostos importantes sendo eles:
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