Materiais para Micro e Nano Tecnologia

Apresentação dos conceitos fundamentais de sensores e atuadores, entendendo como esses dispositivos permitem a medição de grandezas físicas e o controle de sistemas.

Panorama geral das categorias de sensores classificados por grandeza medida e dos principais tipos de atuadores utilizados em sistemas de controle.

Introdução aos sensores biológicos: como um biossensor combina componentes biológicos com transdutores físico-químicos, com foco no biossensor de glicose.

Analogia entre o corpo humano e sistemas eletromecânicos: ossos piezoelétricos, músculos como atuadores, mãos como matrizes de sensores e o rosto como central sensorial.

Estudo do olho humano como sensor óptico biológico, com foco na retina, fotorreceptores e cones S, M, L. Comparação com câmeras digitais e o sensor CCD.

Fundamentos da representação digital de imagens: pixels como matriz, escala de cinza com 2ᵇ níveis, sistema de cores RGB com 24 bits e ~16,7 milhões de cores.

Exploração de sensores além da câmera convencional: ultrassom, câmeras térmicas infravermelhas (IR), sensores de raio-X e sensores de profundidade, com aplicações práticas em medicina, indústria e segurança.

Introdução aos compósitos de matriz polimérica: definição, vantagens (leveza, resistência mecânica), desvantagens (resistência térmica, absorção de umidade), e comparação entre matrizes termofixo e termoplástico.

Estudo de fibras contínuas (vidro, carbono, kevlar, naturais), tecidos entrelaçados e mantas não-tecidas. Fração volumétrica e orientação de fibras como fatores determinantes de propriedades mecânicas.

Partículas como reforço ou carga: nanopartículas, micropartículas, negro-de-fumo para proteção UV, óxidos metálicos. Importância de homogeneidade de dispersão e compósitos híbridos.

Aprofundamento em matrizes: mecanismo de cura (reticulação) em termofixos como epóxi e poliéster; solidificação em termoplásticos como nylon e PEEK. Processamento, reciclagem e propriedades térmicas.

Principais processos industriais: moldagem por injeção, moldagem por compressão (SMC), pultrusão, enrolamento de filamentos, prepreg + autoclave. Seleção baseada em volume, geometria e propriedades requeridas.

Compósitos laminares com múltiplas orientações e painéis sanduíche com faces e núcleo. Aplicações em aeronáutica (Boeing 787, Airbus A350), automotiva, energia renovável (turbinas eólicas) e construção civil.

Este capítulo define os polímeros termofixos (ou termorrígidos), materiais que sofrem uma reação química de cura (formação de ligações cruzadas) quando aquecidos, tornando-se rígidos e infusíveis.

Detalharemos o processo de produção dos termofixos, que geralmente ocorre em duas etapas: primeiro, a preparação de um pré-polímero de baixa massa molar (líquido ou sólido de baixo ponto de fusão); segundo, o processamento desse pré-polímero em um molde, onde a cura é ativada por calor e/ou catalisadores, muitas vezes com aplicação de pressão.

Exploraremos as primeiras técnicas de processamento para termofixos. Serão detalhados a Modelagem por Fundição (Casting) , onde a resina líquida é simplesmente vertida em um molde sem pressão, e a Modelagem por Injeção, um processo cíclico onde o material é amolecido e injetado sob alta pressão em um molde.

Daremos continuidade às técnicas de processamento de termofixos, focando em métodos de moldagem por compressão, transferência e estereolitografia.

Este capítulo aborda a produção de espumas (plásticos celulares ou expandidos), materiais que contêm gás em seu interior, conferindo propriedades como isolamento térmico e acústico.

Voltamos nossa atenção para os termoplásticos, polímeros que amolecem quando aquecidos e solidificam quando resfriados, de forma reversível.

Iniciamos a exploração das principais técnicas de processamento de termoplásticos. O foco será na Extrusão, um processo semi-contínuo onde o material é plastificado e forçado através de uma matriz para produzir perfis, filmes, chapas e tubos.

Detalharemos outras técnicas cruciais para termoplásticos, a Moldagem por Injeção e a Moldagem por Sopro.

Concluímos o módulo com técnicas de conformação a partir de chapas e filmes, a Termoformagem e a Modelagem a Vácuo.