‘Super material’ é extremamente leve, mas consegue ser mais forte que o aço

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Um novo material esponjoso desenvolvido por cientistas pode ser mais leve do que o plástico mais frágil do mundo; ou 10 vezes mais forte do que o aço – tudo depende da necessidade.

Esse novo super-material é composto de pequenas extensões de grafeno, esmagadas e fundidas em uma vasta rede entrelaçada. Essa estrutura macia é praticamente oca, e sua densidade representa 5% da densidade do grafeno comum, dizem os pesquisadores.

Mas o segredo não está na composição do material, e sim na forma como os átomos que o compõem estão alinhados, disseram os cientistas. “Você pode substituir o material em si por qualquer coisa. A geometria é o fator dominante”, disse Markus J. Buehler, cientista de materiais do Instituto de Tecnologia do Massachussetts (MIT), em um comunicado.

O grafeno é constituído por flocos de átomos de carbono, e é considerado o material mais forte da Terra – pelo menos nas folhas 2D. No papel, as folhas ultrafinas de grafeno têm propriedades elétricas de força considerável. Infelizmente, essas propriedades não se apresentam em formas 3D.

Simulações passadas sugeriram que planejando a arquitetura dos átomos de grafeno de uma maneira específica seria possível aumentar a força do material em formas de três dimensões. No entanto, quando os pesquisadores tentaram criar esses materiais no laboratório, os resultados foram bem abaixo do previsto.

Para enfrentar esse desafio, a equipe focou no básico: analisou a estrutura no nível atômico. A partir daí, criaram um modelo matemático que pode prever com precisão como criar super-materiais extraordinariamente fortes. Os pesquisadores então usaram quantidades precisas de calor e pressão para produzir as estruturas (que mais se assemelham um labirinto) conhecidas como giroides, que foram descritas pela primeira vez por um cientista da NASA, em 1970.

A força do material vem da sua enorme relação entre Superfície x Área x Volume, de acordo com pesquisadores, que publicaram o estudo na revista Science Advances, no dia 6 de janeiro. Na natureza, as criaturas marinhas, como o coral e as diatomáceas, também utilizam uma grande relação entre esses três fatores para alcançar maior força.

“Depois que criamos essas estruturas 3D, queríamos ver qual é o limite – qual é o material mais forte que podemos produzir”, disse Zhao Qin, coautor do estudo, engenheiro civil e ambiental da MIT. Os cientistas criaram uma série de modelos e, em seguida, os sujeitaram à tensão e à compressão. O material mais forte que os pesquisadores criaram era tão denso quanto o saco plástico mais leve que você já viu, mas ao mesmo tempo podia ser mais forte que o aço.

Um obstáculo para a criação desses materiais super-fortes é a falta de capacidade de fabricação industrial para produzi-los, disseram os pesquisadores. No entanto, existem maneiras de fazer com que o material seja produzido em escalas maiores, disseram os cientistas. Por exemplo, as partículas podem ser utilizadas como moldes, revestidos de grafeno através de deposição química de vapor; O modelo subjacente poderia então ser tratado utilizando produtos químicos ou técnicas físicas.

No futuro, poderiam ser feitas pontes maciças com concreto giroidal, que seria ultra resistente, leve e isolado contra o calor e frio.

Fonte: LiveScience

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