Ciência e Engenharia de Materiais

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terça-feira, 22 de outubro de 2019

Eletrólitos poliméricos no estado sólido para baterias de alto rendimento de lítio metálico

22 outubro

Resumo: As células eletroquímicas que contém ânodos metálicos são de grande interesse para aplicações elétricas, mas a eletrodeposição desigual e a mal reversibilidade do ânodo, que surge de várias instabilidades químicas, morfológica, mecânica e hidrodinâmica, limitam seu progresso. Com os eletrólitos de estado sólido baseados em redes de polímero reticulado em uma célula com anodos de lítio metálico se conseguiu superar essas dificuldades.


Os dispositivos de armazenamento de energia elétrica seguros, rentáveis e duradouros são essenciais para manter o seu progresso, as baterias de lítio metálico são atrativas pois oferecem o potencial de aumentar a capacidade do ânodo e permitem o uso de catodos de maior energia. Atualmente existe uma dificuldade para encontrar materiais que simultaneamente ofereçam rigidez mecânica suficiente para desacelerar a cinética de crescimento dos depósitos metálicos e proporcionar transporte de íons interfaciais.

Em estudos recentes, as redes densas baseadas em polieter com alta densidade de reticulação são efetivas para superar as baixas densidades de corrente. Os eletrólitos líquidos que incorporam polímeros de alta massa molar para formar emaranhados moleculares no liquido e que conferem viscoelasticidade são efetivos para estabilizar a deposição de metais a densidades de corrente intermediarias, particularmente em eletrodos compostos de metais alcalinos moles.

Foi realizado um processo de polimerização em massa, fácil e simples que não requer solvente. Especificadamente, se agrega polietilenoglicol dimetacrilato (PEGDMA) ao éter bis(2-metoxietílico) (Diglima), resultando em uma boa estabilidade química com um eletrodo de metal de Li e, devido as fortes interações, tem uma baixa viscosidade na ausência de qualquer solvente.

A reticulação foi obtida expondo as misturas a luz ultravioleta, e o resultado é uma membrana resistente e elástica de aproximadamente 100 μm de espessura firmemente unida ao substrato subjacente. O aumento do conteúdo de PEGDMA tem como resultado uma maior densidade de reticulação, o que conduz as membranas que são macroscopicamente mais elásticas e mecanicamente mais fortes.

A membrana reticulada poderia ser usada como interface de eletrólitos sólidos artificiais (ASEI) para inibir a instabilidade física e química em um eletrodo de metal alcalino. A condutividade dependente   da frequência pode revelar informações importantes sobre os mecanismos de transporte de íons, assim como os arranjos estruturais.

O transporte de íons através da membrana ocorre mediante processos predominantemente líquidos. Portanto, fica claro que as interações moleculares entre os oligômeros e os segmentos da rede de polímeros tem um papel crucial na regulação dos processos de transporte de íons em grande escala nos materiais.

A composição ideal perto de 40% de PEGDMA, as restrições de movimento fornecidas pela rede são fortes o suficiente para inibir o transporte em grande escala que gera instabilidade hidrodinâmica, mas fracas o suficiente para permitir a liberação local de oligoeter para permitir o transporte de íons.

Na ausência de convecções forçadas, a eletrodeposição é um processo de difusão limitada, de modo que a velocidade de transporte de íons em cada diferença de potencial deveria ser uma função da condutividade iônica. A voltagens mais altas, a taxa de migração de ânions excede a taxa de difusão, causando uma interrupção da neutralidade de cargas em uma região perto da interface eletrodo-eletrolitico, o que resulta em uma criação de uma região de carga espacial.

Para obter mais de 40% de PEGDMA, as membranas podem suprimir completamente a instabilidade de convecções. A medida que aumenta o conteúdo de PEGDMA, o equilíbrio muda para as cadeias diglimas que estão completamente associadas aos segmentos de rede e, como tal, não podem se mover independentemente da membrana. Como consequência, o eletrólito liquido se comporta eletrocinéticamente como parte da membrana do eletrólito sólido. Portanto, é interessante que as interações oligômero-polímero regulam a termodinâmica em microescala de misturas e a eletrocinética em macro escala.

Concluindo, as membranas com 40% de PEGDMA como materiais ideais para projetar a interface de polímero sólido (SPI) que exibem simultaneamente características liquidas e solidas. Esta membrana é transparente e homogênea, não apresenta agregados ou sinais de formação de cristalitos.
Conseguiram mostrar que as interações entre um solvente de alto ponto de ebulição (bis (2-metoxietil) éter) com segmentos de rede são suficientes para acoplar o solvente a rede polimérica.

Os descobrimentos das redes em um substrato de Li produzem uma resistência interfacial similar a um liquido, mas são capazes de suprimir por completo a instabilidade hidrodinâmica conhecida como eletroconvecção até voltagens de 5V.

Referência:
Snehashis Choudhury, Sanjuna Stalin, Duylinh Vu, Alexander Warren, Yue Deng, Prayag Biswal & Lynden A. Archer. Solid-state polymer electrolytes for high-performance lithium metal batteries. Scientific Reports, 27 September 2019.

Redação: Dennis Gonzales
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Propriedades biológicas e antibacterianas do revestimento micro-nanoestruturado de hidroxiapatita/quitosana em titânio

22 outubro

Resumo: O titânio é o material de implante mais utilizado, no entanto tem baixa propriedade antibacteriana. Para melhorar as propriedades biológicas e antibacterianas, o material é revestido de hidroxiapatita micro-nanoestruturada (HA) juntamente com a quitosana (CS).

Texto en español

Com a chegada do século com o maior número de idosos, o número de pessoas com doenças nos ossos, como osteoartrite e defeito ósseo vem crescendo exponencialmente. Assim a procura por implantes para substituição do osso tem aumentado também. Para isso o titânio pode ser usado como um biomaterial, utilizando em joelhos e dentes devido a sua baixa densidade, não ser um material tóxico e boa compatibilidade com o corpo humano.

Porém, o titânio possui baixa bioatividade e propriedades antibacterianas, não tendo boa fixação com os tecidos ósseos e podendo causar infecção pós-operatória. Portanto, Modificando sua superfície é possível melhorar suas propriedades de bioatividade e antibacteriana.

Entre os revestimentos bioativos, a hidroxiapatita (HA) possuí a mesma composição inorgânica que o tecido ósseo humano e assim, é o revestimento mais usado para o titânio. Porém os métodos para a preparação desse revestimento geralmente apresentam deficiências ao longo prazo, alto custo e tem uma força de ligação fraca entre HA e Ti. E quanto a microestrutura desejada, a superfície micro nanoestruturada é a superfície mais adequada para o material de implante pois pode imitar a estrutura dos tecidos ósseos naturais.

É possível preparar revestimentos de HA na superfície de Ti pela MAO (oxidação por micro-arco) que é um método eletroquímico simples para tratamento de superfícies metálicas com baixo custo. Para melhorar a propriedade antibacteriana, podem ser introduzidos antibióticos na superfície do material de implante, diminuindo o risco de infecção pós-operatória. Alguns pesquisadores estão explorando o uso de HA juntamente com a quitosana (CS) que tem propriedades como não toxicidade e biocompatibilidade.

A partir disso, é possível revestir o Ti com HA juntamente com CS e estudar suas propriedades a partir de técnicas de analise como a difração de raio-x (DRX) e termogravimetria (TGA). A biocompatibilidade é avaliada por experimento de cultura celular in vitro. A propriedade antibacteriana do revestimento é examinada pelo método de contagem bacteriana, teste ZOI e técnica óptica.

Com o objetivo de se fazer um revestimento de HA / CS, esse revestimento foi produzido no material, e então foi estudado suas propriedades. Todos os revestimentos continham elementos como cálcio (Ca), fósforo (P), oxigênio (O) e titânio (Ti). O teor de Ti era relativamente baixo e o teor de Ca, P e O era muito maior. Após a introdução do CS, os elementos de carbono (C) e nitrogênio (N) também foram encontrados nos revestimentos compósitos HA / CS. Como C e N são os principais elementos das moléculas de CS, os resultados indicaram que um filme de CS foi introduzido com sucesso na superfície do revestimento de HA.

A partir da análise de DRX foi observado que o revestimento de HA tem uma grande espessura e quase cobria a titânia que foi formada durante o processo de MAO. A partir dos espectros de DRX, também é possível constatar que após a introdução do CS na superfície do HA, a intensidade dos picos típicos de HA diminuiu levemente, o que prova que a camada de CS foi formada na superfície do revestimento de HA e cobriu o HA e a titânia originais até certo ponto. Para medir a quantidade efetiva de HA e CS na superfície do Ti, os materiais foram examinados por termogravimetria (TGA), onde mostrou que com o aumento da quantidade de CS na superfície do HA, a perda de peso foi aumentada.

Na taxa de proliferação celular, as células proliferaram muito mais rapidamente no revestimento de HA, e o número de células nos revestimentos de HA / CS diminuiu com o aumento da concentração de CS, o que pode ser atribuído à cobertura de revestimento de HA micro nanoestruturado por CS. Os resultados confirmaram que todos os revestimentos apresentaram excelente biocompatibilidade, e não foi observada citoxicidade do CS.

Pode se observar também que o crescimento da bactéria E. coli dificilmente foi inibido no revestimento de HA, enquanto o número de colônias bacterianas cultivadas em revestimentos de HA / CS era muito menor e diminuía com o aumento da quantidade de CS introduzida, tendo um melhor resultado.

Neste trabalho, os revestimentos compósitos HÁ / CS com diferentes concentrações de CS foram preparados em Ti. No entanto, verificou-se que o aumento da quantidade de CS diminuiria a bioatividade do HA em certa medida, embora pudesse aumentar a propriedade antibacteriana. A bioatividade reduzida foi devida à cobertura do revestimento de HA e sua micro nanoestrutura por membrana CS. Portanto, para alcançar a bioatividade ideal e a propriedade antibacteriana, a quantidade de CS introduzida foi adequadamente controlada.


Referência:
Baoe Li, Xiaomei Xia, Miaoqi Guo, Yu Li, Zhiyuan, Shimin Liu, Haipeng Li, Chunyong Liang, Hongshui Wang. Biological and antibacterial properties of the micro-nanostructured hydroxyapatite/chitosan coating on titanium. Scientific Reports, 01 October 2019.

Redação: Nathielle Harka
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quinta-feira, 17 de outubro de 2019

Tendências e desafios atuais no tratamento e terapia do câncer com nanomateriais

17 outubro
Resumo: Os avanços na nanotecnologia estão abrindo novos horizontes no campo da medicina, as nanopartículas que transportam medicamentos são o futuro para o tratamento e a terapia, não só do câncer, também de outras doenças.


A aplicação de nanomateriais na medicina emergiu como uma área de grande interesse para o tratamento de doenças que nos últimos anos foram abordadas de maneira muito limitada. Nesse paradigma, a nanotecnologia está sendo adotada para obter um suprimento eficaz de medicamentos, estabelecer novos diagnósticos in vitro e desenvolver implantes baseados em nanoescala.

O estudo em nível molecular dos fenômenos biológicos associados ao câncer nos permite uma melhor compreensão dos mesmos; assim como o desenvolvimento de novas alternativas para que no futuro possam melhorar a expectativa de vida e controlar a doença, com o uso das ferramentas nanotecnológicas disponíveis, isso está se tornando cada vez mais uma realidade.

Existem vários métodos para a síntese de nanopartículas, o fármaco ou principio ativo podem ser incorporados por absorção, adsorção, encapsulamento ou por ligações covalentes, isto, dependendo das propriedades físicas e químicas das nanopartículas utilizadas, já que estão intimamente relacionadas à sua eficiência de desempenho.

Atualmente, houve um progresso significativo no uso de nanomateriais, projetados para o tratamento de câncer com alta especificidade, sensibilidade e eficácia. Eles podem atacar previsivelmente as células cancerígenas e fornecer cargas úteis encapsuladas de forma eficaz, com distribuição controlada e, em alguns casos, até seletiva, o que é alcançado através da modificação de sua composição, tamanho, morfologia e química da superfície.

Até o momento, vários tipos de nanomateriais, sejam poliméricos, nanopartículas metálicas, materiais à base de carbono, lipossomos e dendrímeros, demonstraram perfis farmacocinéticos e farmacodinâmicos melhorados, em relação às formulações convencionais. Assim, os dados presentes na literatura sugerem que a nanotecnologia fornecerá plataformas de nova geração para tratamento do câncer e terapia contra essa condição.

Prevê-se que os nanomateriais revolucionem todo o sistema de saúde com base nos dramáticos desenvolvimentos realizados no setor de suprimentos de fármacos nas últimas décadas. No entanto, o design de um nanoterapêutico eficaz contra o câncer continua sendo um grande desafio, e apenas algumas nanoformulações entraram em ensaios clínicos. 

Apesar das inúmeras vantagens da terapêutica do câncer em escala nanométrica, a tradução clínica dessas nanomedicinas continua sendo uma missão desafiadora. Devido à falta de entendimento da toxicidade e do comportamento in vivo das nanoformulações, os ensaios clínicos estão passando por contratempos significativos. Com esse panorama, pode-se imaginar que é possível melhorar os materiais para nanomedicina da próxima geração por meio de um design inteligente, e novos desenvolvimentos podendo fornecer melhores estratégias de gerenciamento do câncer.

Referência:
P. N. Navya, Anubhav Kaphle, S. P. Srinivas, Suresh Kumar Bhargava, Vincent M. Rotello, Hemant Kumar Daima. Current trends and challenges in cancer management and therapy using designer nanomaterials. Nano Convergence, 2019; 6 (23): DOI: https://doi.org/10.1186/s40580-019-0193-2

Redação: Guillermo Lugo
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Agrupamento de nanomateriais e a ecotoxicidade aquática em um contexto regulatório

17 outubro
Resumo: A necessidade de informações sobre o comportamento dos nanomateriais levou a investigações sobre suas propriedades físico-químicas, toxicologia e suas nanoformas, a fim de obter uma declaração de perigo e regularização.

A informação de uma substância é usada para preparar uma declaração de perigo, quantitativa ou qualitativa; essas informações em análise podem ser usadas como um parâmetro de comparação com outra substância que possui estresse tóxico semelhante, agindo em organismos vivos, e essas semelhanças podem ser modo de ação, cinético-tóxico ou metabolismo.

Para o agrupamento e leitura de nanomateriais de acordo com os autores K. Schwirn; D. Völker, os parâmetros como morfologia, propriedades da superfície, forma, bem como reatividade, taxa de dissolução e estabilidade da dispersão nos meios relevantes, são analisados para consideração junto com a composição química.

Nesta publicação, discutimos dados sobre problemas de ecotoxicidade aquática que representam diferentes níveis tróficos (algas e dáfnias), identificando questões importantes que são cruciais na aplicação de abordagens de agrupamento ou leitura entre nanomateriais em um contexto regulatório. Ter uma mensagem a transmitir, que é a conscientização da complexidade do problema e as necessidades presentes para que os agrupamentos de nanomateriais sejam viáveis e a ecotoxicidade aplicada no contexto regulatório. Conjuntos de dados sobre nanoformas de quatro substâncias (prata, CeO2, Fe2O3 e TiO2) foram escolhidos para destacar os desafios da construção de agrupamentos e hipóteses análogos para nanomateriais e ecotoxicidade aquática. Selecionados para desenvolver, verificar e revisar hipóteses de analogia para o agrupamento de nanoformas escolhidas para pontos finais relacionados à toxicidade aquática.

A prata foi escolhida em diferentes formas, incluindo fios, nanofios e uma forma esférica para investigar a influência da forma na potência para induzir efeitos perigosos nos organismos aquáticos, juntamente com a influência da dissolução. Dados sobre o comportamento de dissolução foram resgatados de meios como ADaM e água. Foram coletados vários resultados para as várias formas em relação à sua ecotoxicidade; a investigação microscópica da dáfnia exposta mostrou que uma quantidade considerável de (nano) fios foi levada para o intestino. É concebível que efeitos mecânicos adicionais (por exemplo, bloqueio ou deterioração do trato digestivo) e / ou um aumento local na liberação de íons devido a mudanças nas condições do sistema intestinal em comparação com os meios de teste possam levar a uma maior toxicidade observada para os dáfnidos.

Para nanomateriais pouco solúveis de diferentes nanoformas de TiO2, CeO2 e Fe2O3 foram estudados para compreender melhor a relevância do tamanho dos parâmetros, o tamanho da aglomeração, a reatividade e a solubilidade no agrupamento. Para CeO2 e Fe2O3, o estudo mostra uma ligação mais baixa de partículas às algas dessas nanoformas que apresentam valores mais altos de CE50 (média da máxima concentração efetiva) para nanoformas com menor CE50, é observada uma interação extensa entre partículas e células de algas.

O estudo desses artigos demonstra que o agrupamento de nanoformas de uma substância com o objetivo de transferir os dados disponíveis é importante para enfrentar os desafios na avaliação de inúmeros nanomateriais e demonstra notavelmente que é apenas o começo desde que a avaliação tentou construir e verificar hipóteses de agrupamento para nanoformas selecionadas das mesmas substâncias com base nos dados disponíveis de dois projetos de pesquisa para investigar a relevância das propriedades físico-químicas. Os resultados indicam que a previsão do potencial ecotoxicológico das nanoformas permanece muito difícil devido à interação de várias propriedades intrínsecas e extrínsecas das nanoformas e, portanto, é limitada.

Referência:
K. Schwirn; D. Völker. Hazard grouping of nanomaterials for daphnia and algae toxicity: lessons learned from scientific projects for regulatory applicability. Environmental Sciences Europe, 2019; 31 (48) DOI:  https://doi.org/10.1186/s12302-019-0226-9

Imagem: Alex Hyde. Water fleas (Daphnia sp.) and Volvox aureus (a Chlorophyte or green alga) in water from a garden pond. Derbyshire, UK. September. Digital composite. Link: https://alexhyde.photoshelter.com/image/I0000w27s1imFRqk 

Redação: Luis Roman
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quinta-feira, 26 de setembro de 2019

Soldagem de cerâmica com laser pulsado ultrarrápido sem a necessidade de um forno

26 setembro
Resumo: Atualmente na soldagem cerâmica, é necessário fundir o material em temperaturas elevadas, mas com um novo processo muito mais prático fazendo uso de laser, é possível faze-lo sem um custo energético elevado.
Os materiais cerâmicos atualmente são de grande interesse devido a suas múltiplas características, como biocompatibilidade, dureza e resistência a impactos, o que os fazem perfeitos para aplicações como implantes biomédicos e camadas protetoras para produtos eletrônicos, porém a tecnologia atual de soldagem de cerâmicas não permite fabricar esses dispositivos.

Para encapsular ou selar componentes eletrônicos dentro de uma cerâmica, haveria de colocar todo o material em um forno, o que terminaria queimando os eletrônicos.

Javier E. Garay, o autor principal, professor de engenharia mecânica e ciência e engenharia de materiais em U.C San Diego; Elias Penilla, o primeiro autor, pesquisador pós doutor no grupo de pesquisa também pertencente a U.C San Diego, em colaboração com Guillermo Aguilar, professor de U.C Riverside e coordenador de engenharia mecânica, conseguiram desenvolver um novo modo de soldar cerâmicas.

Concentrando lasers pulsados ultrarrápidos, se conseguiu fundir materiais cerâmicos simplesmente aquecendo a interface, causando uma fusão localizada em condições ambiente, usando uma potência de laser menor que 50 watts, o tornando em um método mais prático de soldagem cerâmica comparada aos que necessitam aquecer as peças em um forno, o que poderia encapsular materiais sensíveis a temperatura sem danifica-los. 

A combinação correta entre os parâmetros do laser (tempo de exposição, número de pulsos de laser e duração dos pulsos) e a transparência do material cerâmico, os quais foram otimizados, permitem realizar este tipo de soldagem.

Para demostrar essa teoria, os pesquisadores soldaram uma cobertura cilíndrica transparente no interior de um tubo cerâmico. Por enquanto, este método de soldagem cerâmica só foi utilizada em peças pequenas, menores de dois centímetros de tamanho. Portanto é desejável leva-lo a escalas maiores, assim como os diferentes materiais e geometrias.

Referência:
E. H. Penilla, L. F. Devia-Cruz, A. T. Wieg, P. Martinez-Torres, N. Cuando-Espitia, P. Sellappan, Y. Kodera, G. Aguilar, J. E. Garay. Ultrafast Laser Welding of CeramicsScience, 2019 DOI: 10.1126/science.aaw6699


Redação: Dennis Ordonez
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Impressão 3D de um coração humano

26 setembro
Resumo: A demanda por transplante de órgãos humanos é muito alta, o que fez cientistas como Feinberg, desenvolverem bioimpressoras 3D com o intuito de construir órgãos artificialmente para suprir essa demanda.


A partir da técnica de Embutimento Reversível de Forma Livre de Hidrogéis Suspensos (FRESH) foi possível superar os desafios da bioimpressão 3D e alcançar melhores resoluções usando materiais macios e vivos. Os órgãos do corpo humano, assim como o coração, é feito de células chamadas de matriz extracelular (extracelular matrix - ECM), onde a rede de proteínas ECM fornece a estrutura e os sinais bioquímicos que as células precisam para realizar suas funções normalmente. Porém, não foi possível reconstruir a estrutura de ECM usando métodos tradicionais de biofabricação.

De acordo com o professor de engenharia biomédica (BME) e ciência e engenharia dos materiais, Adam Feinberg, é possível imprimir pedaços de coração, como válvula cardíaca ou um pequeno ventrículo batendo. Usando os dados de ressonância magnética (MRI) de um coração humano, conseguimos reproduzir com precisão a estrutura anatômica específica do paciente e imprimir colágeno e células de coração humano.

Mais de 4000 pessoas nos Estados Unidos esperam por um transplante de coração, enquanto milhões de pessoas no mundo precisam de um coração porém, são incompatíveis com os doadores. Logo há a necessidade de se fazer órgãos artificiais para suprir essa demanda. Feinberg, membro da Bioengineered Organs Initiative, está trabalhando para resolver esses desafios criando réplicas de órgãos naturais.

O biomaterial desejável para essa aplicação é o colágeno, pois compõe cada tecido do corpo. O método de bioimpressao FRESH 3D, desenvolvido por Feinberg, permite que seja depositado colágeno camada por camada dentro de um banho de suporte de gel, dando a chance do colágeno se solidificar antes de ser retirado do banho. Com o FRESH, o gel de suporte pode ser facilmente fundido, aquecendo da temperatura ambiente até a temperatura do corpo após a conclusão da impressão. Desta forma, os pesquisadores podem remover o gel de suporte sem danificar a estrutura impressa feita de colágeno ou células.

Esse método de impressão permite com que sejam criadas estruturas de colágenos em grande escala, como órgãos. Neste tipo de impressão pode ser usados outros biomateriais também, formando outros tecidos humanos.

Podem existir várias aplicações para a impressão FRESH, que vai desde o cuidado de feridas até mesmo a construção de um órgão, e isso seria apenas uma parte de um campo promissor, com a ajuda da tecnologia. Porém, ainda é preciso anos a mais de pesquisas para melhores resultados, mas já é algo muito excitante para os pesquisadores, um projeto que está cada vez mais em progresso.

Referência:
A. Lee, A. R. Hudson, D. J. Shiwarski, J. W. Tashman, T. J. Hinton, S. Yerneni, J. M. Bliley, P. G. Campbell, A. W. Feinberg. 3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heartScience, 2019; 365 (6452): 482 DOI: 10.1126/science.aav9051

Redação: Nathielle Harka
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sexta-feira, 23 de agosto de 2019

Uma introdução

23 agosto
Ciência e Engenharia de Materiais fazem parte de uma área interdisciplinar que abrange uma ampla gama de conhecimentos e permeia por diversas áreas da ciência e engenharia. Os profissionais desta área atuam geralmente na pesquisa e desenvolvimento de novos materiais e novas aplicações industriais para os materiais já existentes. A área de Materiais é, geralmente, subdividida em materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos e compósitos.
Os materiais metálicos constituem uma das maiores divisões no campo da ciência e engenharia dos materiais. Estes materiais possuem estrutura cristalina onde os átomos estão arranjados de maneira ordenada. Em geral, estes são bons condutores térmicos e elétricos. Muitos metais são relativamente estáveis à temperatura ambiente e resistentes a temperaturas elevadas.

Já os materiais cerâmicos formam a segunda maior divisão. As cerâmicas são materiais inorgânicos que consistem de elementos químicos metálicos e não-metálicos. A maioria dos materiais cerâmicos possuem uma alta dureza, alta resistência a temperatura e uma boa resistência química, porém tendem a serem frágeis. Em geral, estes materiais possuem baixa condutividade térmica e elétrica, os quais fazem destes excelentes candidatos a aplicações em isolantes térmicos e elétricos.

Os materiais poliméricos forma então a terceira maior divisão. A maioria destes materiais consiste de longas cadeias moleculares contendo carbono. Estes materiais não possuem na totalidade estrutura cristalina bem definida de longo alcance, alguns são parcialmente cristalinos. A resistência e a ductilidade dos polímeros variam muito. A maioria dos polímeros possui baixa densidade e temperaturas relativamente baixas de amolecimento ou decomposição, bem como são bons isolantes térmicos e elétricos. Pela versatilidade de suas propriedades, os materiais poliméricos têm substituído materiais metálicos e cerâmicos em muitas aplicações.

E a quarta maior divisão da ciência e engenharia dos materiais compreende o estudo dos materiais compósitos. Um material compósito pode ser entendido como uma mistura de dois ou mais materiais com diferentes formas e composição químicas produzidos sinteticamente ou encontrado naturalmente na natureza onde combinam propriedades da matriz e do reforço (que podem ser metálica, cerâmica ou polimérica) com o objetivo de melhorar a resistência mecânica, tenacidade, entre outras propriedades.

Assim, as áreas supracitadas fomentam a pesquisa e o desenvolvimento de outras classes de materiais. Dentre estas, destacam-se os materiais eletrônicos, materiais óticos, materiais magnéticos, materiais supercondutores, materiais dielétricos, materiais nucleares, biomateriais, dentre outros.
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