Investigação fundamental
Caracterização precisa de novos materiais, propriedades fundamentais dos materiais e questões científicas
A investigação fundamental proporciona a compreensão que serve de base para novos materiais, tecnologias e aplicações industriais. Quer se trate de novas cerâmicas, ligas, polímeros, semicondutores, materiais compósitos ou materiais funcionais – o seu desenvolvimento específico pressupõe que as propriedades físicas e térmicas fundamentais sejam conhecidas com precisão.
Os métodos de análise térmica e termofísica permitem estudar transições de fase, mecanismos de reação, dilatação térmica, capacidade térmica, condutividade térmica e estabilidade térmica. As variações dependentes da temperatura podem ser caracterizadas em atmosferas definidas e em amplas faixas de temperatura.
Com os equipamentos de análise flexíveis da LINSEIS, é possível investigar as mais diversas questões científicas – desde a caracterização inicial de um novo material até à validação experimental de modelos e conceitos teóricos sobre materiais.
Questões relevantes
- Que propriedades térmicas tem um material inovador?
- A que temperaturas ocorrem as transições de fase?
- Que mecanismos de reação ocorrem durante o aquecimento ou o arrefecimento?
- Como é que a condutividade térmica muda com a temperatura?
- Que tipo de dilatação térmica apresenta o material?
- Quão estável é um material a altas ou baixas temperaturas?
- De que forma é que a atmosfera e a temperatura influenciam o comportamento dos materiais?
- Que relações existem entre a composição, a estrutura e as propriedades dos materiais?
Parâmetros relevantes do material e do processo
| Parâmetros | Significado |
|---|---|
| Transições de fase | Identificação de alterações estruturais e de estado dependentes da temperatura |
| Capacidade térmica (Cp) | Comportamento termodinâmico básico dos materiais |
| Condutividade térmica | Caracterização da transferência de calor no material |
| Condutividade térmica | Velocidade de propagação do calor no material |
| Coeficiente de dilatação térmica (CTE) | Alteração dimensional do material em função da temperatura |
| Estabilidade térmica | Resistência ao stress térmico |
| Alteração da massa | Análise de decomposição, oxidação e processos de reação |
| Entalpia de reação | Avaliação energética de processos térmicos e químicos |
Métodos de medição para a investigação básica
Análise térmica simultânea (STA)
Análise simultânea de alterações de massa e efeitos térmicos para compreender mecanismos complexos de materiais e reações.
Análise de
- Transições de fase
- Entalpias de reação
- Alterações de massa
- Processos de decomposição
- Reações de oxidação e redução
Aplicações típicas
- Novos materiais
- Cerâmica
- Metais e ligas
- Materiais energéticos
- Investigação fundamental
Calorimetria de Diferencial Dinâmico (DSC)
Caracterização precisa das transferências térmicas e das propriedades termodinâmicas dos materiais.
Análise de
- Processos de fusão
- Cristalização
- Transições vítreas
- Transições de fase
- Capacidade térmica
Aplicações típicas
- Polímeros
- Materiais farmacêuticos
- Metais e ligas
- Materiais funcionais
- Ciência dos materiais
Instrumentos de medição recomendados para a investigação básica
DSC L63
Exemplo prático: Análise das propriedades termofísicas fundamentais dos materiais
Condutividade térmica dos materiais de partida de SiC
Medições por flash de laser com o LINSEIS LFA L52 mostram a influência da recristalização, da compactação e da orientação do material na condutividade térmica das matérias-primas de SiC. Os resultados revelam um comportamento de transporte de calor fortemente anisotrópico e fornecem dados importantes sobre o material para a modelação e otimização do crescimento cristalino PVT do SiC. Descarrega o white paper e descobre mais sobre a configuração da medição, a condutividade térmica em função da temperatura e a interpretação dos resultados das medições.
Por que é que a caracterização de materiais é fundamental na investigação básica
Antes de se poder otimizar um novo material de forma específica ou qualificá-lo para uma aplicação concreta, é preciso compreender as suas propriedades fundamentais e os mecanismos subjacentes. A caracterização experimental dos materiais cria a base de dados necessária para isso.
A combinação de métodos de análise modernos permite:
- Determinação das propriedades térmicas e termofísicas fundamentais
- Identificação de transições de fase
- Esclarecimento dos mecanismos de reação e decomposição
- Estudo das alterações nos materiais em função da temperatura
- Caracterização da transferência de calor
- Análise das relações entre estrutura e propriedades
- Comparação entre diferentes composições de materiais
- Validação de modelos teóricos e simulações
Aplicações – Investigação e Instituições de Ensino Superior
LFA L52 - Cobre - No plano/através do plano - Difusividade térmica - Condutividade térmica
Perguntas frequentes – Investigação fundamental
Que propriedades dos materiais podem ser estudadas na investigação fundamental?
Com métodos de análise térmica e termofísica, é possível determinar, entre outras coisas, a capacidade térmica, a condutividade térmica, a condutividade de temperatura, a dilatação térmica, as transições de fase e a estabilidade térmica. Isso permite caracterizar os materiais de forma abrangente e investigar as relações fundamentais entre a estrutura e as propriedades.
Que materiais podem ser analisados com os sistemas LINSEIS?
O portfólio é adequado para uma gama muito ampla de materiais – incluindo metais e ligas, cerâmicas, polímeros, vidros, semicondutores, compósitos, pós, materiais porosos e materiais funcionais. Isso permite também analisar materiais inovadores, para os quais ainda não existem métodos de caracterização estabelecidos.
Que métodos de medição são mais adequados para a investigação básica?
A STA, a DSC, a TGA, a DIL e a LFA estão entre os principais métodos de caracterização térmica de materiais. Dependendo da questão científica em causa, podem ser complementados por técnicas como a GSA, a TMA, bem como por métodos de medição elétricos e termoelétricos.
Por que é que faz sentido combinar diferentes métodos de medição?
Um único método de medição costuma refletir apenas uma parte do comportamento do material. Ao combinar, por exemplo, STA, LFA e DIL, é possível correlacionar reações térmicas, transporte de calor e alterações dimensionais, o que permite compreender os mecanismos dos materiais de forma mais abrangente.
É possível fazer medições em diferentes atmosferas?
Dependendo do sistema de medição, é possível realizar experiências em atmosferas de gases inertes, oxidantes, redutores ou outras atmosferas definidas. Isso permite analisar como as condições ambientais influenciam as reações, a estabilidade e as propriedades dos materiais.
Por que é que os dados sobre materiais dependentes da temperatura são importantes para os modelos científicos?
Muitos parâmetros dos materiais não são constantes, mas variam, por vezes de forma significativa, com a temperatura. Por isso, os dados dependentes da temperatura, determinados experimentalmente, melhoram a precisão das simulações e permitem uma descrição mais realista do comportamento dos materiais.
De que forma é que a análise térmica ajuda no desenvolvimento de materiais totalmente novos?
Já nas fases iniciais da investigação, fornece informações quantitativas sobre a estabilidade de fase, o comportamento nas reações, a transferência de calor e as alterações dimensionais. Isso permite identificar conceitos de materiais promissores e, posteriormente, desenvolvê-los de forma direcionada para uma aplicação concreta.
