Fonte: Agência FAPESP - 05/10/2007
Mimetizando uma estrutura molecular encontrada em conchas marinhas, pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, criaram um compósito plástico que é forte como aço, mas mais leve e transparente. O material é feito de camadas de nanofolhas de argila e um polímero solúvel em água quimicamente próximo da cola branca.
O estudo sobre o material compósito foi publicado na edição desta sexta-feira (5/10) da revista Science. O professor de engenharia Nicholas Kotov, que coordenou a equipe de pesquisa, diz ter cogitado chamar o novo material de “aço plástico”, mas ele “não era elástico o bastante para merecer esse nome”.
No entanto, o cientista acredita que o desenvolvimento futuro do compósito poderá servir, por exemplo, para a blindagem de veículos e roupas de policiais e soldados. O material poderia também servir para aparelhos microeletromecânicos, sensores biomédicos, válvulas e aeronaves não-tripuladas.
Os pesquisadores resolveram um problema enfrentado por cientistas e engenheiros há décadas: individualmente, as nanoestruturas como nanotubos, nanofolhas e nano-hastes são ultrafortes. Mas materiais maiores feitos com nanoestruturas são comparativamente frágeis.
“Quando se tentava construir algo que se possa pegar com as mãos, havia dificuldades em transferir a força dos nanotubos e nanofolhas individuais para o material inteiro”, disse Kotov. “Nós demonstramos que se pode atingir um ponto quase ideal de transferência de tensão entre nanofolhas e uma matriz polimérica.”
Os pesquisadores criaram esse novo compósito plástico com uma máquina – desenvolvida por eles – que constrói materiais com uma camada em nanoescala após a outra.
A máquina robótica consiste em um braço que gira sobre uma roda que sustenta frascos com diferentes líquidos. O braço segura um pedaço de vidro sobre o qual ela constrói o novo material.
O braço mergulha o vidro numa solução polimérica semelhante à cola e, em seguida, num líquido composto por nanofolhas de argila dispersas. Quando essas camadas secam, o processo é repetido. Foram necessárias 300 camadas de polímero e de nanofolhas de argila para criar uma peça espessa como um plástico-filme.
As conchas de ostras e mariscos são construídas da mesma maneira, camada por camada. Trata-se de um dos mais duros materiais naturais com base mineral.
O polímero semelhante à cola usado no experimento – álcool polivinílico – foi tão importante quanto o processo de junção camada a camada. A estrutura de nanocola e das nanofolhas de argila permitiu que as camadas formassem vínculos cooperativos de hidrogênio, que ocasionam o que Kotov chama de “efeito velcro”. Esses vínculos, se quebrados, podem facilmente se reestruturar em outra parte.
O “efeito velcro”, segundo o cientista, é uma das razões pelas quais o material é tão forte. Outra razão é a disposição das nanofolhas. Elas são encaixadas como tijolos, num padrão alternado.
“Quando se tem uma estrutura de tijolo e argamassa, qualquer rachadura é detida por cada interface entre os tijolos”, disse Kotov. “É difícil replicar numa escala maior os tijolos em nanoescala. Mas foi o que conseguimos fazer”, explicou.
O artigo Ultrastrong and Stiff Layered Polymer Nanocomposites, de Nicholas Kotov e outros, pode ser lido por assinantes da Science em www.sciencemag.org. br
Mimetizando uma estrutura molecular encontrada em conchas marinhas, pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, criaram um compósito plástico que é forte como aço, mas mais leve e transparente. O material é feito de camadas de nanofolhas de argila e um polímero solúvel em água quimicamente próximo da cola branca.O estudo sobre o material compósito foi publicado na edição desta sexta-feira (5/10) da revista Science. O professor de engenharia Nicholas Kotov, que coordenou a equipe de pesquisa, diz ter cogitado chamar o novo material de “aço plástico”, mas ele “não era elástico o bastante para merecer esse nome”.
No entanto, o cientista acredita que o desenvolvimento futuro do compósito poderá servir, por exemplo, para a blindagem de veículos e roupas de policiais e soldados. O material poderia também servir para aparelhos microeletromecânicos, sensores biomédicos, válvulas e aeronaves não-tripuladas.
Os pesquisadores resolveram um problema enfrentado por cientistas e engenheiros há décadas: individualmente, as nanoestruturas como nanotubos, nanofolhas e nano-hastes são ultrafortes. Mas materiais maiores feitos com nanoestruturas são comparativamente frágeis.
“Quando se tentava construir algo que se possa pegar com as mãos, havia dificuldades em transferir a força dos nanotubos e nanofolhas individuais para o material inteiro”, disse Kotov. “Nós demonstramos que se pode atingir um ponto quase ideal de transferência de tensão entre nanofolhas e uma matriz polimérica.”
Os pesquisadores criaram esse novo compósito plástico com uma máquina – desenvolvida por eles – que constrói materiais com uma camada em nanoescala após a outra.
A máquina robótica consiste em um braço que gira sobre uma roda que sustenta frascos com diferentes líquidos. O braço segura um pedaço de vidro sobre o qual ela constrói o novo material.
O braço mergulha o vidro numa solução polimérica semelhante à cola e, em seguida, num líquido composto por nanofolhas de argila dispersas. Quando essas camadas secam, o processo é repetido. Foram necessárias 300 camadas de polímero e de nanofolhas de argila para criar uma peça espessa como um plástico-filme.
As conchas de ostras e mariscos são construídas da mesma maneira, camada por camada. Trata-se de um dos mais duros materiais naturais com base mineral.
O polímero semelhante à cola usado no experimento – álcool polivinílico – foi tão importante quanto o processo de junção camada a camada. A estrutura de nanocola e das nanofolhas de argila permitiu que as camadas formassem vínculos cooperativos de hidrogênio, que ocasionam o que Kotov chama de “efeito velcro”. Esses vínculos, se quebrados, podem facilmente se reestruturar em outra parte.
O “efeito velcro”, segundo o cientista, é uma das razões pelas quais o material é tão forte. Outra razão é a disposição das nanofolhas. Elas são encaixadas como tijolos, num padrão alternado.
“Quando se tem uma estrutura de tijolo e argamassa, qualquer rachadura é detida por cada interface entre os tijolos”, disse Kotov. “É difícil replicar numa escala maior os tijolos em nanoescala. Mas foi o que conseguimos fazer”, explicou.
O artigo Ultrastrong and Stiff Layered Polymer Nanocomposites, de Nicholas Kotov e outros, pode ser lido por assinantes da Science em www.sciencemag.org. br