Ciência e Tecnologia de Materiais

Objetivos

A unidade curricular (UC) está projetada para fornecer os conceitos fundamentais de ciência e tecnologia de materiais.

A UC tem por objetivo descrever a estrutura, as propriedades, as aplicações e o processamento de diferentes tipos de materiais, tecnologicamente relevantes. A UC tem também por objetivo proporcionar uma compreensão da relação estrutura/propriedades determinante do comportamento mecânico, elétrico, termodinâmico e magnético dos materiais.

Programa

1. Fundamentos de Ciência dos Materiais1.1 Estrutura atómica e molecular dos materiais(Princípios básicos da estrutura atómica, conceitos de mecânica quântica, interações moleculares e a sua influência nas propriedades dos materiais)1.2 Ligações químicas e cristalografia(Tipos de ligações químicas, estruturas cristalinas, células unitárias, redes de Bravais e simetria em cristais)1.3 Defeitos nos sólidos: defeitos pontuais, lineares e planares(Vacâncias, intersticiais, deslocações, fronteiras de grão e o seu impacto nas propriedades mecânicas e elétricas)1.4 Termodinâmica dos materiais(Energia livre de Gibbs, entropia, entalpia e o seu papel na estabilidade das fases e nas transformações de materiais)1.5 Diagramas de fases e transformações de fase(Diagramas de fases binários e ternários, reações eutéticas e peritéticas, nucleação e cinética de crescimento)1.6 Difusão e cinética em materiais(Leis de Fick, mecanismos de difusão atómica e importância na criação de ligas e no processamento de materiais)2. Propriedades Mecânicas e Ensaios2.1 Elasticidade, plasticidade e viscoelasticidade(Relações fundamentais tensão-deformação, mecanismos de deformação e comportamento dependente do tempo dos materiais)2.2 Dureza, tenacidade e fadiga(Métodos de medição de dureza, princípios da mecânica da fratura e mecanismos de falha por fadiga)2.3 Fluência e mecânica da fratura(Deformação a alta temperatura, materiais resistentes à fluência, propagação de fissuras e análise de falhas)2.4 Métodos de ensaios mecânicos(Ensaios de tração, compressão, impacto, técnicas padrão de teste, curvas tensão-deformação e interpretação do desempenho mecânico)3. Propriedades Elétricas, Óticas e Magnéticas3.1 Condutores, semicondutores e isolantes(Teoria de bandas, transporte de cargas e aplicações em eletrónica)3.2 Propriedades óticas e materiais fotónicos(Interação da luz com a matéria, índice de refração, cristais fotónicos e revestimentos óticos)3.3 Materiais magnéticos e aplicações(Ferromagnetismo, antiferromagnetismo, materiais magnéticos macios e duros, aplicações em armazenamento de dados e sensores)3.4 Supercondutividade e transporte eletrónico(Princípios fundamentais, efeito Meissner, supercondutores de alta temperatura e aplicações)4. Classes de Materiais4.1 Metais e ligas metálicas(Transformações de fase, tratamentos térmicos, corrosão, solidificação, efeitos da criação de ligas, técnicas de tratamento térmico e mecanismos de corrosão)4.2 Polímeros(Polimerização, propriedades mecânicas e térmicas, tipos de polimerização, termoplásticos versus termoendurecíveis, comportamento viscoelástico)4.3 Cerâmicos e vidros(Estruturas cristalinas, sinterização, resistência mecânica, métodos de processamento, reforço por fronteiras de grão e mecanismos de tenacificação)4.4 Compósitos(Materiais reforçados com fibras, nanocompósitos, tipos de reforços, técnicas de fabrico e melhorias de desempenho mecânico)4.5 Biomateriais(Biocompatibilidade, aplicações na medicina, interações material-tecido, materiais biodegradáveis e aplicações em dispositivos médicos)5. Processamento e Fabrico de Materiais5.1 Fundição, sinterização e metalurgia do pó(Métodos de conformação dos materiais, mecanismos de sinterização e aplicações no fabrico)5.2 Deposição de filmes finos (revisão)(PVD, CVD, técnicas físicas e químicas de deposição, mecanismos de crescimento de filmes e aplicações)5.3 Fabrico aditivo(Impressão 3D, técnicas de fabrico camada-a-camada, compatibilidade de materiais e aplicações emergentes)5.4 Tratamentos superficiais e revestimentos(Eletrodeposição, anodização, projeção térmica e o seu impacto no desempenho dos materiais)6. Materiais Avançados6.1 Materiais inteligentes(Ligas com memória de forma, materiais piezoelétricos, mecanismos do efeito de memória de forma, aplicações em sensores e atuadores)6.2 Materiais bioinspirados e desenho biomimético(Estruturas materiais naturais, materiais auto-regenerativos, revestimentos biofuncionais)6.3 Impressão de materiais 4D(Transformações temporais dos materiais, polímeros responsivos a estímulos e aplicações em robótica flexível)7. Energia e Aspetos Ambientais7.1 Materiais para armazenamento de energia(Baterias, supercondensadores, materiais para elétrodos, mecanismos de armazenamento de carga e otimização de desempenho)7.2 Materiais fotovoltaicos e células solares(Materiais semicondutores, eficiência quântica e tecnologias emergentes para células solares)7.3 Armazenamento de hidrogénio e células de combustível(Materiais de adsorção de hidrogénio, membranas de troca protónica e considerações sobre eficiência)7.4 Materiais sustentáveis e avaliação do ciclo de vida (ACV)(Avaliação de impacto ambiental, estratégias de reciclagem e materiais ecológicos)8. Abordagens Computacionais e Teóricas8.1 Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e dinâmica molecular(Cálculos de primeiros princípios, simulações à escala atómica e previsões das propriedades dos materiais)8.2 Método dos Elementos Finitos (FEA) para o projeto de materiais(Modelação numérica do comportamento mecânico, análise de tensões e previsão de falhas)8.3 Ciência computacional dos materiais e aplicações de IA(Aprendizagem automática na descoberta de materiais, triagem computacional em larga escala e modelação preditiva)9. Aplicações na Indústria e Tecnologia9.1 Materiais para indústria aeroespacial e automóvel(Ligas leves, materiais de proteção térmica e compósitos de alta resistência)9.2 Tecnologias biomédicas e dispositivos vestíveis(Eletrónica flexível, dispositivos implantáveis e revestimentos biocompatíveis)9.3 Dispositivos eletrónicos e fotónicos(Dispositivos semicondutores, optoeletrónica e materiais quânticos emergentes)9.4 Têxteis inteligentes e eletrónica flexível(Tecidos condutores, têxteis autoalimentados e sensores vestíveis)9.5 Internet das Coisas (IoT)(Considerações sobre materiais para redes de sensores, soluções de colheita de energia e desafios de fiabilidade)9.6 Tecnologias quânticas(Pontos quânticos, materiais topológicos e aplicações em computação e comunicação quântica)