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centro tecnológico da cerâmica e do vidro | coimbra | portugal
27-04-2012
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O papel dos nanomateriais na construção sustentável
Luc Hennetier Unidade de Novos Materiais e Aplicações
www.ctcv.pt/nma.html
Seminário “Novos materiais e sistemas para a sustentabilidade”
Coimbra - Portugal, 19 de Abril 2012
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a Unidade de Novos Materiais e Aplicações
Investigação, desenvolvimento e inovação industrial (I+D+i) Tecnologia e Ciência de Materiais
Serviços
•Serviço de desenvolvimento e optimização de materiais, produtos e processos produtivos
• Desenvolvimento de soluções de conformação de materiais cerâmicos e metálicos, nomeadamente em processos de moldação por injecção
• Inovação em materiais cerâmicos de elevado desempenho e de características multifuncionais
• Caracterização de materiais e matérias-primas.
ccMCs : Laboratório de Desenvolvimento de Materiais e Produtos (Nanoestruturados)
• Inovação e desenvolvimento tecnológico em materiais e produtos na esfera do Habitat (I+D+i)
• Ensaios de validação de produtos
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Terminologia
Materiais nanoestructurados
Materiais que apresentam pelo menos um componente com uma ou mais dimensões < 100 nm
Nanopartícula
Partícula cuja dimensão característica (diâmetro) é inferior a 100 nm.
Materiais Nanocristalinos
Materiais altamente cristalinos, com tamanho médio dos cristais (grãos) entre 1 e 10 nm.
NANOGRÃO
NANOPARTÍCULA
< 100 nm
< 1
0 n
m
1 nm = 10-9 m 1 mm = 103 nm
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À escala nano…
Nanotubes de carbono
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Nanotecnologia na construção sustentável
•Novas soluções construtivas •Novos Materiais/Produtos
Eficiência energética dos edifícios cerca de 40% do consumo energético mundial
Zero emissões de CO2
> 40% das emissões globais
Selecção de materiais Qualidade do ambiente interior Gestão da água
A caminho dos edifícios verdes
Nano Propriedades Performance
Funcionalidades
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Áreas de actuação na construção sustentável
1. Processos de produção de materiais
Produção de materiais e produtos através de processos melhorados com vista à:
Eficiência energética : redução do consumo de energia.
Redução das emissões de gases nocivos.
2. Novos materiais e compósitos
Redução do consumo de matérias-primas.
Durabilidade dos produtos.
3. Desenvolvimento de produtos com desempenho melhorado
4. Funcionalidade
Desenvolvimento de produtos dotados de novas propriedades
adicionais induzindo novas funções.
Funcionalização de superfícies.
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Áreas de aplicação da nanotecnologia na construção
Produtos Revestimentos e tintas Pavimentos e revestimentos Cimentos e argamassas Cobertura Vidro Materiais de isolamento térmico
e acústico
Funções Resistência mecânica Conforto térmico. Energias renováveis Higiene Manutenção
http://www.nanoatconstrucao.org/
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Cimentos e argamassas
Função/Propriedades Materiais Aplicação
Resistência mecânica
Sílica amorfa
Nano-SiO2
Compactação do cimento
Aumento da resistência à compressão
Nanotubos de Carbono
CNTs
Compactação do cimento
Aumento da resistência à compressão
Resistência à propagação de fissuras
Estruturas mais leves
Fotocatalítico (hidrofilicidade + degradação de compostos orgânicos)
Titânia
TiO2
Auto limpeza, eliminação de poluentes (NOx,COVs)
Anti-corrosão NanoCSH (Crystal Speed Hardening) Aceleradores de presa
Aumento a resistência
Regulação térmica PCMs (Phase Change Material) Armazenamento de energia térmica
Incorporação de microcápsulas
• Produção de cimento e argamassas ---> efeito de estufa.
• Incorporação de nanomateriais na massa em volume.
• Objectivo da incorporação de aditivos baseados nanomateriais:
• Estruturas mais leves
• Aumento das propriedades mecânicas.
• Durabilidade
• Estética
Crystal Speed Hardening™ concept from BASF accelerates concrete hardening EMACO Nanoconcrete
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TiO2 – Fotocatálise e Aplicações
Materiais fotocatalisadores: TiO2, ZnO, CeO2, ZrO2, SnO2, CdS, ZnS
TiO2
Fotocatalítico
HIDROFÍLICO DECOMPOSIÇÃO
Antibacteriano Anti-embaciante Purificação
da água
Anti-manchas Anti- fungos
Decomposição de gases nocivos
Vidro Espelho
Telhas Vidro Paredes exteriores Revestimentos Tecidos (tendas)
Purificação do ar Janelas Lâmpadas Frigoríficos Cimento Revestimentos
Telhas Revestimentos Tecidos Louça sanitária
Tratamento de águas
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Revestimentos
• Processos de deposição de uma camada/revestimento que contém o agente activo sobre superfícies de edifícios e/ou produtos.
• Tipo de aplicação:
Em obra nova ou já existente: pulverização, projecção, pintura (tintas)
Incorporação ou deposição na superfície dos materiais de construção, permitindo nomeadamente a implementação de soluções mais douradoras.
Funcionalidades
anti-congelante • anti-embaciante • anti-mancha e anti-grafiti• anti-poluente • anti-risco • autolimpeza • conductividade electrica • electrocrómico • fotovoltaíco • isolamento e regulação térmica • termocrómicos
Materiais/Produtos
Metais • plásticos • cerâmicos • vidros • cimento • compósitos • pedra • tintas
Nanomateriais
TiO2 • Sílica amorfa • PCMs •ZrO2 • Ag • CNTs •CeO2 • Aerogel •…
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Materiais cerâmicos de revestimento
9PRP9PRP-05R1-
AS 9PRP-10R1-K9PRP-10R2-K
9PRP-10R3-K
1350ºC
1375ºC
52
8389 94
100
2740
62 66
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
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Influência da incorporação de refroço sobre as propriedades mecânicas da pasta
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2,00%
3,00%
4,00%
5,00%
0,010 0,100 1,000 10,000 100,000
Diâmetro da partícula (mm)
% M
ate
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tid
o
AC44B4 virgem
f = 0,5 mm
f = 3 mm
Produção de nanopartículas por Moagem de Alta Energia.
Desempenho mecânico de formulações em função do tipo de incorporação, quantidade e temperatura
de cozedura
Novos Materiais e Produtos Desenvolvimento de micro/nanopartículas para incorporação em formulações cerâmicas em função do desempenho desejado.
Redução de consumos energéticos Redução de consumo de matérias-primas
Reabilitação de interiores com ladrilhos de espessura reduzida
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Materiais cerâmicos de revestimento
Multifuncionalidade - valor acrescentado para o utilizador e para o ambiente
Cerâmica avançada com propriedades:
1. Fotovoltaica – produção de energia
2. Sensitiva
3. Acumuladora térmica
4. Purificação do ar
5. Antibacteriano
6. Autolimpante
7. Fácil limpeza e manutenção
8. Controlo de humidade
9. Redução de odores
10.Termocrómica
11.(…)
Integração de funções
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Produção de energia
• Sistemas fotovoltaícos com elevado nível de integração arquitectónica.
• BIPV “Building Integrated Photovoltaics”
Edifício Solar XXI - Lisboa
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Projecto de I&DT de empresas em Co-Promoção
Período de execução: de 2009-2011.
Desenvolvimento, à escala laboratorial, de protótipos multifuncionais de produtos cerâmicos fotovoltaicos integrados, de elevada eficiência, para revestimentos de edifícios (telhas e revestimentos exteriores de fachada) que incorporem, de raiz e por deposição, filmes finos fotovoltaicos. Contribuir para um novo tipo de arquitectura de edifícios, que inclua o eco-design, fachadas e coberturas de edifícios baseados em materiais cerâmicos que conjugam as funções de revestimento, estética e de produção de energia. Utilização de filmes finos do tipo silício nanocristalino ou polimorfo, introduzindo inovação ao nível da tecnologia solar fotovoltáica.
www.solar-tiles.eu
Protótipos 10x10cm - escala laboratorial Protótipos de telhas fotovoltaicas e revestimentos 60 x 60 cm - escala pré-industrial
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centro tecnológico da cerâmica e do vidro | coimbra | portugal | 16 | 27-04-2012
Revestimentos cerâmicos autolimpantes
SelfClean –Projecto de I&DT de empresas em Co-Promoção
Período de execução: de 01/10/11 a 30/09/2013.
Desenvolvimento de tecnologia de revestimentos cerâmicos exteriores com propriedades autolimpantes, de elevada
eficácia e durabilidade.
Tecnologia de deposição dos materiais funcionais, sob a forma de micro/nanopartículas com propriedades fotocatalíticas e hidrófilas (fácil deslizamento da água na superfície), promovendo a actividade oxidantes (não proliferação de fungos) e resultando na propriedade de autolimpeza e purificação do ar (redução de Nox)
-> Perenidade da função estética dos produtos cerâmicos e de pedra natural utilizados como materiais de construção.
-> Redução dos custos ligados às limpezas/substituição de materiais com níveis de sujidade elevado.
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Microsite
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Obrigado!