materials intel ligents l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Materials intel·ligents PowerPoint Presentation
Download Presentation
Materials intel·ligents

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 36

Materials intel·ligents - PowerPoint PPT Presentation


  • 237 Views
  • Uploaded on

Materials intel·ligents. Material intel·ligents : • Materials que responen de forma natural a estimuls concrets del seu entorn.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Materials intel·ligents' - chantal


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide2

Material intel·ligents:

• Materials que responen de forma natural a estimuls concrets del seu entorn.

• Materials que realitzen funcions, no com a consequència de senyals o impulsos passats d’un component a un altre, sino com a resultat de les seves propietats intrínseques.

Materials funcionals

slide3

Els materials comuns també responen a estímuls del seu entorn (les propietats físiques depenen de la temperatura, pressió, i altres variables). Aquesta dependència és, en general, lleugera i gradual.

En els materials intel·ligents, la resposta és pronunciada i abrupta i només té lloc per a valors concrets de l’estímul.

slide4

MATERIALS PIEZOELECTRICS I FERROELECTRICS

Piezoelèctrics:Materials que quan són comprimits generen una tensió elèctrica

El quars (una forma de SiO2)

slide5

Nitrit de sodi

Ferroelèctrics:Materials que ténen un certa polarització elèctrica permanent

Sal de Rochelle Titanat de Bari

Nitrit de sodi Titanat-Zirconat de plom (PZT)

slide6

Tant en els piezo com en els ferroelèctrics, la polarització elèctrica augmenta amb la força externa. A més, l’efecte és reversible: un camp elèctric ò voltatge extern produiex una deformació important del material. Aquesta és la propietat que els permet ser utilitzat en dispositius “intel·ligents”.

Aplicació directa: sensors/generadors de vibracions

slide10

Terfenol

Tb0.27Dy0.73Fe2

0.16% a 1T

MSMA

Ni2MnGa

4-10% a 1T

Efecte semblant en els materials magnètics

Magnetostricció: Deformació del material causada per un camp magnètic. Present a tots els materials ferromagnètics, però, en general, és molt petita, excepte en alguns casos.

slide11

MATERIALS AMB MEMÒRIA DE FORMA

Els materials amb memòria de forma poden recuperar la forma que teníen abans d’esser deformats tan sols amb un encalentiment (efecte memòria de forma). També poden tenir una gran elasticitat, molt més gran que els metalls convencionals (efecte de superelasticitat). Els secret està en una transformació estructural que pateixen, anomenada “transformació martensítica”.

Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Ni-Ti, Ni-Al, Au-Cd, Ni-Mn-Ga... entre d’altres

slide12

Transformació martensítica

Canvi de fase en estat sòlid, que provoca un canvi en la estructura cristal·lina.

La transformació es produiex en aplicar forces externes sobre el material o en variar la temperatura.

Fase austenita: fase d’alta temperatura o sense força

Fase martensita: fase de baixa temperatura o amb força aplicada

Varies “variants”

slide13

Efecte memòria de forma

Austenita

RECUPERACIÓ DE LA FORMA

refredament

Transformació

inversa

encalentiment

deformació

Martensita autoacomodada

Martensita deformada

slide14

Efecte memòria doble

Transformació

inversa

encalentiment

refredament lliure, després d’un cert “procés d’entrenament” ò

refredament amb càrrega aplicada

slide15

Alta capacitat d’esmorteïment de vibracions

En fase martensita, causada per una gran mobilitat de les interfases entre variants de martensita.

Superelasticitat

Transformació

inversa

Descàrrega

Càrrega

Transformació martensítica induida per la força aplicada

slide16

H

MATERIALS AMB MEMÒRIA DE FORMA FERROMAGNÈTICS

Ni-Mn-Ga, Ni-Fe-Ga, Co-Ni-Al, …

A temperatura constant, en fase martensita

slide17

H

MATERIALS AMB MEMÒRIA DE FORMA FERROMAGNÈTICS

Ni-Mn-Ga, Ni-Fe-Ga, Co-Ni-Al, …

A temperatura constant, en fase martensita

slide18

H

MATERIALS AMB MEMÒRIA DE FORMA FERROMAGNÈTICS

Ni-Mn-Ga, Ni-Fe-Ga, Co-Ni-Al, …

A temperatura constant, en fase martensita

slide19

APLICACIONS

  • Com a sensors i/o actuadors:
  • Detectors de temperatures.
  • Vàlvules de fluids.
  • Sistemes de control de temperatura.
  • Unions de tubs per zones de difícil accés.
  • Robòtica: elements actius que causen el moviment de parts del robot.
  • Mecanismes d’obertura de panells a satèl·lits artificials.
  • Material quirurgic: stents, grapes, ....
slide20

Com a materials superelàstics:

  • Fils ortodòntics.
  • Fils-guía per intervencions quirúrgiques endoscòpiques.
  • stents
  • Esmorteïment de vibracions:
  • Variadors de la freqüència de ressonància (materials composts).
  • Protecció per terratrèmols.
slide22

CRYOLIVE SLEEVE

NUT

TUBE

INSTALLATION PACKAGE

slide24

MATERIALS ELECTRO- Ò MAGNETO-REOLÒGICS

Reologia: Estudia els comportaments mecànics intermitjos entre sòlid rígid i fluid no viscós.

Viscoelasticitat: comportament intermij entre un sòlid elàstic pur (resposta instantània) i un fluid viscós (resposta lenta).

slide25

Els materials electro- ò magneto-reològics poden canviar molt ràpidament (en milisegons) de liquids a sòlids amb l’aplicació d’un camp elèctric ò magnètic.

Això els atorga la possibilitat de ser utilitzats en dispositius “intel·ligents”.

1ª observació en 1949: suspensions de particules de gel de sílica en un oli mineral.

slide26

Partícules polimèriques en un oli de silicona

Utilització per esmorteïment de vibracions, frens controlables, ...

slide28

MATERIALS INTEL·LIGENTS BLANS (polimers)

Alguns polímers poden passar d’una configuració de cadenes estirades a cadenes “embullades” amb un canvi d’algun paràmetre extern (temperatura, acidesa, camp elèctric).

N-isopropilacrilamida (NIPAAm):

Contenen grups solubles en aigua (acrilamida) i grups insolubles (isopropil).

slide29

Potencials termodinàmics:

G = H – TS F = U - TS

L’equilibri del sistema (minimització de G ò F) s’estableix mitjançant la competència entre el terme energètic i el terme entròpic, regulada per la temperatura.

A baixes T, el polímer és soluble en aigua, a traves de ponts d’hidrògen entre els grups amida i la molècula d’aigua. Això manté la cadena estirada i amb poca mobilitat, mantenint una entropia baixa. Per esser la temperatura baixa, domina el terme energètic (energia de l’enllaç d’hidrògen).

En augmentar la temperatura, l’energia de lligam dels ponts d’hidrògen no pot compensar el terme entròpic, i les cadenes s’emboliquen per augmentar l’entropia i, així, estabilitzar el sistema. Per això, és important la presència dels grups isopropils (insolubles). En embolicarse, expulsen les molècules d’aigua.

slide30

La transició cadenes estirades  cadenes embolicades és bastant abrupta en temperatura (ocorre a l’anomenada “lower critical solution temperature” – LCST – ). La transició és abrupta en temperatura, pero no en el temps (pot durar temps llargs, de l’ordre d’hores).

slide32

Gels que “engreixen” i “s’aprimen”

Cadenes de NIPAAm amb lligaments creuats (cross-links) mitjançant enllaços químics adients, mantenen una forma semi-plegada. En aquest estat poden incorporar quantitats importants d’aigua en les cavitats, formant un higrogel.

Segons el grau de “cross-link” i la quantitat d’aigua tenen diferents graus de duresa, des de ésser com “confitura” fins a una goma relativament dura.

En encalentir el sistema per damunt de la LCST, les cadenes es pleguen totalment i expulsen l’aigua, reduint el volum de forma notable.

slide34

Polimers basats en modificacions del NIPAAm tenen una transició semblant impulsada no per la temperatura, sinó per l’acidesa del medi (concentració de H+). També es pot provocar la transició amb camps elèctrics.

Aplicacions com a dosificadors de medicaments controlables

slide35

Polimers amb memòria de forma

Copolimer d’acid acrílic i n-estearil acrilat

A 25 ºC és un plàstic dur, i torna blan i elàstic a 50 ºC.