Upload
cornel-aragea
View
312
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
a
Citation preview
Combinaii chimice, cu implicaii in automatizri
Sl. Dr. ing. Nicoleta Badea
Cuprins
1. Polimeri organici
2. Polimeri anorganici - Sticla
3. Materiale electroceramice
4. Materiale compozite
5. Cristale lichide
Polimeri organici
Definitie
Polimeri sunt substante macromoleculare care se obtin in urma procesului de polimerizare.
Reactia de polimerizare decurge la temperatura, presiune si
catalizatori
Cl Cl
Clorura de vinil mer
n- grad de polimerizare i reprezint numrul de meri din polimer ;
nCHCHcattpCHCH 2
,,
2
2n
4
Poly = multe
mer = unitate care se repeta
C C C C C C
H H H H H H
H H H H H H
Polietilena (PE)
Cl Cl Cl
C C C C C C
H H H
H H H H H H
Poli(clorura de vinil) (PVC)
H H
H H H H
Polipropiena (PP)
C C C C C C
CH3
H H
CH3 CH3 H
mer mer mer
Lant de carbon
Clasificarea pomerilor
In functie de origine:
- polimeri naturali: celuloza, matasea, proteinele, cauciuc, etc;
- polimeri sintetici: PVC, polistiren, teflon, naylon, etc;
In functie de unitatea care se repeta:
- polimeri mer-ul este identic;
- copolimri mer-ul este diferit
In functie de structura:
Ramificati Tridimensionali Retea Liniari
secondary bonding
Proprietatile polimerilor
1. Comportarea la incalzire clasificare:
Polimeri termoplastici
prin incalzire pot fi modelati de mai multe ori;
au structura liniara;
exemple: PVC, polistirenul, teflonu, polietilena, etc
Polimeri termoreactivi
prin incalzire pot fi modelati o singura data;
exemple: rasini epoxidice, bachelita, melamina, etc
Polimeri termoplastici
PTFE
Polimeri termoplastici
http://www2.dupont.com/Teflon/en_US/index.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Teflon
Polymer
Polimeri termoreactivi
Polimeri sunt substante amorfe sau au o structura amorfo-
cristalina (putini)
Temperaturi:
Ti temperatura de inmuiere temp. cea mai joasa la care un polimer poate fi utilizat;
Tv- temperatura starii vitrose;
Tc temperatura de curgere- temp. cea mai inalta la care un polimer poate fi utilizat;
Tv < Ti
2. Degradarea termica se poate realiza:
fara distrugerea catenelor principale - prin eliminare de compusi
volatili (molecule cu masa moleculara mica) ;
prin eliminarea moleculelor de monomer de la capetele lantului de C -
procese de depolarizare;
distrugerea lantului polimeric si aparitia unor polimeri cu masa
moleculara mai mica;
Stabilitatea termica perioada de timp cuprinsa intre momentul expunerii polimerului la o anumita temperatura si momentul aparitiei
primelor semne de degradare
-CH2-CH-CH2CH-CH2-CHCl- -CH2CH=CHCH=CH-CHCl-+2HCl
Cl Cl
3. Proprietati mecanice sunt influentate de gradul de polimerizare
(n) sau masa moleculara.
sub o anumita greutate critica polimerul nu prezinta rezistenta
mecanica.
rezistenta mecanica creste proportional cu n si masa moleculara
pana atinge un anumit palier;
Fiecare polimer prezinta un domeniu optim al lui n
4. Stabilitatea chimica depinde de:
structura chimica si masa moleculara;
temperatura de utilizare;
concentratia agentilor chimici.
Dizolvarea polimerilor in solventi organici decurge in doua etape:
- gonflarea limitata
- gonflarea nelimitata (dizolvare propriu zisa)
- gradul de gonflare
m0 masa initiala a polimerului;
mf- masa finala
0
0
fm m
m
polimerii sunt izolatori.
prin doparea unii polimeri pot deveni conductori sau
semiconductori.
Doparea polimerilor se poate realiza utiliznd:
- dopani de tip p (acceptori): I2, PF6, BF6, AsF6 - dopani de tip n (donori): Na, K, Li, Ca.
Prin dopare se obine creterea conductivitii electrice, de ex. poliacetilena dopat prezint o conductivitate apropiat cuprului.
Aplicatii:
- fabricarea electrozilor pentru acumulatori, tranzistoari, display-uri
electrocromice, LED-uri, ferestre inteligente, senzori de gaz, etc.
5. Proprietati electrice
Aplicatii iPod, calculator, mouse-ul, piese de calculator, imprimant,
capsator, telefoane, TV, ceas, memorie Flash, conector USB ,
tastatura,, piese de rucsac, carduri de credit ..
Periuta de dinti, pantofi mbrcminte, recipiente alimente, spatule de gtit, vase, ap mbuteliat, piese auto, piese de biciclete, ochelari;
Polimeri anorganici -Sticla
Sticla- solid necristalin in stare vitroasa, obtinut prin subracirea
topiturii.
Starea vitroasa este intermediara intre starea cristalina si starea
lichida, avand grade de libertate mai redus decat la solide si mai
inalt decat la lichide.
Clasificarea sticlelor:
-In functie de electronegativitate si proprietati:
- sticle organice (C, N, H);
- sticle oxidice ionogene (Be, B, Al, Si, P, O);
- sticle neoxidice ( sticle calcogenice: S, Se, Sb, Ge, Sn) prezinta prop. de semiconductori
Sticlele oxidice ionogene:
Sticle silico-caloco-sodice: SiO2.CaO. Na2O sticla obisnuita;
Sticla borosilicatica:SiO2.B2O3
. Na2O numita sticla Yena sau Pyrex;
Sticla cristal - SiO2.PbO. K2O.
Proprietatile sticlei
1. Densitate variaza in functie de compozitie;
- = 2, 2 2,22 g/cm3
2. Proprietati termice
a) Dilatare termica
- sticle dure < 6 10-6;
- sticle moi > 6 10-6
b) Conductivitatea termica depinde de compozitie, temperatura
c) Rezistenta la soc termic - diferita la incalzire fata de racire;
4. Proprietati electrice:
- sticla este un izolator electric;
- proprietatile electrice depind compozitie:
- sticla cu Pb prezinta proprietati dielectrice;
- sticla ce contine Na+, K+ - prezinta conductivitate electrica
mai ridicata decat sticla obisnuita;
- sticla ce contine Ca2+, Ba2+ - prezinta rezistivitati electrice
mai ridicate decat sticla obisnuita;
5. Proprietati chimice
- sticlele sunt atacate de apa tratament termic 3000 4000 C,
in prezenta un ui strat de ulei de silicon
6.Proprietati optice:
n= 1,51 -2,1 sticlele silico-calco-sodice;
- sticla este transparenta in VIS si nu este UV;
- sticla colorata (ce contine ioni de metale tranzitionale: Ni2+, Co2+,
absorbe in vizibil)
Sticle optice - se clasifica in sticle cron si flint;
- se utilizeaza la fabricarea lentilelor, prismelor
Sticlele cron
- sunt sticle silico-calco-sodice ce contin: BaO, Al2O3, KF, NaF,CaF2;
- au indici de refractie mici si puteri dispersive mari;
Sticlele flint
- sunt sticle ce contin: PbO, TiO2, CdO, Bi2O3 ,CaF2;
- au indici de refractie mari si puteri dispersive mici
Sticlele cu absortie selectiva
- sunt sticle silico-calco-sodice ce contin oxizi metalici;
- sticle de culoare albastra: contine 0,2 % CoO si 0,5 % CuO;
- sticle de culoare verde: contine 1,2- 1,5 % CuO si 0,15 -0,7 % Cr2O3;
- sticle de culoare rosie: contine 0,5- 1,0 % Se si 1 -2 % CdS;
- sticle de culoare galbena: contine CdS, Se si ZnO;
Sticle fotosensibile
- sticle sensibile la actiunea unor radiatii ce pot provoca fluorescenta, fosforescenta sau colorarea sticlei;
- sticlele fotosensibile reversibile se numesc sticle fototrope sau sticle fotocromice
3 4hCe Ce eAg e Ag
hAg Cl Ag Cl
Fibre de sticla
se obtin prin tragerea sticlei topite prin filiera
sau prin tragere din bagheta;
prezinta conductibilitate termica si electrica
redusa;
sunt utilizati ca izolatori termici si electrici;
utilizate la armarea materialelor compozite:
materiale cu rezistenta mecanica ridicata
Fibre optice Fibre cu diametru 50 100 m si lungime
de 10 cm 3 Km;
utilizari in telecomunicatii, dispozitive
optoelectronice (diode emitatoare de
lumina, fotodiode), industria calculatoarelor,
automatizari industriale, etc
Conditii pentru transmiterea informatiei;
sa ghideze radiatia in interiorul fibrei fara pierderi externe; pierderi prin absortie si difuzie mici in interiorul fibrei; forma impulsului de radiatiei transmis sa se pastreze nealterat
Materiale electroceramice
Materialele ceramice sunt materiale anorganice, nemetalice obinute la temperaturi i presiuni ridicate, la care are loc sinterizarea, vitrificarea sau topirea unor materiale naturale (argile,
caolin, cuar) sau sintetice (carburi, nitruri, oxizi), urmat de rcirea.
Materialele ceramice clasice sunt utilizate pentru stabilitatea lor
mecanic, termic i chimic.
Materialele electroceramice sunt materialele ceramice care au
fost special formulate pentru proprietile specifice electrice, magnetice, sau optice.
Exemple de materiale electroceramice:
oxizi: BaTiO3, MgTiO3 sau CaTiO3, ZnO, etc;
materialele de tip PTCR (the positive-temperature-coefficient
resistors) pot fi utilizai ca senzori de temperatur sau pentru determinarea conductivitii termice din diferite medii;
piezoceramicele pot intra n componena senzorilor de presiune, sunete i ultrasunete;
ceramica piroelectric poate fi utilizat ca senzori de infrarou, senzorii de umiditate, senzori de gaz ;
ceramice stabile la temperaturi nalte bazate pe utilizarea SiC i Si3Ni4.
ceramice ferroelectricede tip PZT -cu formula general ABO3, n care: A este un ion divalent mare de metal, cum ar fi Pb2+ sau Ba2+,
B este un ion de metal mic tetravalent, cum ar fi Ti4+ sau Zr4+ legat
prin coordonarea cu oxigenul.
Fenomenul de ferroelectricitatea apare ca urmare a deplasrii ionilor pozitivi B4+ i a ioni negativi O2- n direcii opuse. Aceasta deplasare provoac polarizarea spontan, care determin: constante dielectrice ridicate, piezoelectricitate.
Aplicatii ale ceramicei feroelectric:
- senzori, generatoare, traductoare pentru RAM, pentru DRAM
(memorie dinamic cu acces aleatoriu), precum i pentru NVRAM (non-volatil memorie cu acces aleator).
Aplicatii ale materialele electroceramice :
n ingineria electric: materialele izolatoare, condensatoarele, materiale feroelectrice, ceramicele piezoelectrice i piroelectrice, ceramicele pentru microunde, conductoarele optice,
superconductoarele.
in electronic: circuitele microelectronice (materiale electroceramice cu proprietii dielectrice).
Utilizarea materialelor electroceramice n domeniul microelectronicii
a ridicat problema miniaturizate n circuite
Materiale compozite
Materiale cu rezistenta mare obtinute prin armarea unei matrici polimerice, ceramice sau metalice cu fibre dintr-un alt material.
Fibrele folosite pot fi: fibre de C, B, sticla, metale, ceramice
Proprietatile materialului compozit sunt total diferite si net superioare componentelor de baza.
Clasificare dupa compozitie
Compozite cu matrice polimeric sunt rini epoxidice, poliimide sau poliesterice) sau
termoplastice, armate cu fibre de sticl, de carbon, de bor sau aramidice (Kevlar), cu monocristale ceramice fibre metalice.
- sunt folosite la temperaturi relativ joase de lucru
Compozite cu matrice metalic aliaje de Al, Mg, Ti sau Cu, n care se introduc fibre de B, de C
(grafit) sau ceramice (de obicei de alumin sau SiC). - utilizat pana la temperatura < 800 C;
- pentru aplicatii la temperaturi mai mari se recomand folosirea ca matrice a unor aliaje pe baz de Ni sau a unor superaliaje.
Dezavantaj - creterea masivitii structurii finale.
Compozite cu matrice ceramic matricea de baz formata din SiC, Al2O3 i sticla, iar fibrele de
armare de natur ceramic (de obicei sub form de fibre discontinue, foarte scurte).
- utilizate pentru aplicaiile cu temperaturi foarte ridicate de lucru (peste 1000 C);
Compozite carbon-carbon matrice de carbon sau de grafit i armare cu fibre de carbon, fibre
de sticla si Kevlar-ul.
- sunt foarte scumpe;
- avantaje: rezistena la temperaturi nalte (de pn la 3000 C), densitatea mic i coeficient mic de dilatere termica.
Avantajele materialelor compozite
rezistena mecanic i rigiditatea mare;
rezistena la coroziune;
rezistena la aciunea agenilor chimici;
greutatea sczut;
stabilitatea dimensional;
rezistena la solicitri variabile, la oc i la uzur;
proprietile izolatoare
estetice.
Aplicatii
industria aeronautica, maritima, constructilor de masini;
Industria sportiva;
Medicina;
Cristelele lichide
Cristelele lichide sunt lichide anizotrope, care se gsesc ntr-o stare intermediar, situat ntre starea solid caracteristic unui solid i cea lichid caracteristic unui lichid izotrop.
cristalele lichide au o comportare reologic asemntoare lichidelor, dar prezint o ordonare a moleculelor specific solidelor cristaline.
n funcie de procedeul de obinere cristalele lichide sunt de dou tipuri:
- cristale termotrope;
- cristale liotrope.
Cristalele termotrope se clasific n funcie de structura chimic i ordinea molecular se clasific n cristale:
nematice;
smectice;
colesterice.
Aplicaii ale cristalelor lichide:
optoelectronic: dispozitive optoelectronice cu afiare cu cristale lichide, memorii optice, filtre optice, termografie i testri termice nedistructive, etc;
afiaj cu cristale lichide (LCD) - este folosit frecvent n construcia ceasurilor digitale, maini de uz casnic, inscripii i semnalizri electronice.
pentru testarea fiabilitatea unor rezistoare peliculare.
semnalizator pentru evidentierea supraincalzirii unor circuite
hidride, circuite imprimate prea subiri sau componente electronice.
Componentele supranclzite pot fi puse n eviden de un strat de cristal lichid colesteric aplicat pe acestea care i schimb culoarea dac se depete temperatura maxim de funcionare.
LCD ul este un dispozitiv de afiare pentru litere, cifre, grafic i imagini, fiind constituit dintr-o matrice de celule lichide care devin
opace sau schimb culoarea sub influena unui curent sau cmp electric.
Din punct de vedere fizic fenomenul se explic prin proprietatea cristalelor lichide de a influena direcia de polarizare a luminii atunci cnd ele sunt puse sub o anumit tensiune electric.
Un afiaj LCD se prezint sub forma unui display care este comandat electronic printr-un decodificator de caractere numerice i alfabetice.
Bibliografie
S. Mihai, Chimia pentru nechimiti, Ed. Printech, 2005.
P. W. Atkins, Julio de Paula, Tratat de Chimie Fizic, Ed. Agir 2005;
E. Jurconi, C. Nicolescu, Chimie Generala. Profil tehnic, Ed.
Printech 2000;
R. Serway. C. J. Moses, C. A. Mayer, Modern Physics, 3 Edition,
Thomson Books, 2005
wikipedia.org/wiki/