Nanoestrutura
superforte
No ano passado,
depois de usar simulações computacionais, pesquisadores anunciaram que novas formas de carbono seriam ser
mais duras que o diamante quando pudessem ser sintetizadas.
Cameron Crook e
colegas de universidades norte-americanas e alemãs - incluindo duas químicas
brasileiras - decidiram trabalhar por outras vias e já estão com uma estrutura
mais forte que o diamante em cima da mesa.
Crook sintetizou
uma nanoestrutura formada por células fechadas, em vez das treliças cilíndricas
comumente usadas nas últimas décadas na construção dessas nanoestruturas.
Embora seja bem menos densa - ela é repleta de espaços vazios - a nanoestrutura
de carbono pirolítico é mais forte que o diamante em termos de uma razão entre
força e densidade
O projeto melhorou
o desempenho médio das arquiteturas cilíndricas baseadas em vigas em até 639%
em resistência e 522% em rigidez, diz a equipe, que tem base de comparação
porque havia construído uma estrutura assim há alguns anos, uma nanotorre de Babel quase tão
forte quanto diamante.
"Cientistas
previram que as nanotreliças dispostas em um design baseado em placas seriam
incrivelmente fortes," disse Crook. "Mas a dificuldade de fabricar
estruturas dessa maneira significava que a teoria nunca havia sido comprovada,
até que conseguimos fabricá-las."
Em vez de peças tubulares, a nanoestrutura é formada por células fechadas.[Imagem: Cameron Crook et al. - 10.1038/s41467-020-15434-2]
Força e baixa densidade
A técnica de
fabricação usa um complexo processo de impressão a laser 3D chamado litografia
direta a laser de dois fótons. À medida que uma resina sensível à luz
ultravioleta é adicionada camada por camada, o material se torna um polímero
sólido nos pontos em que dois fótons se encontram. A técnica é capaz de
processar células repetidas, que se tornam placas com faces tão finas quanto
160 nanômetros.
Uma das inovações
do grupo foi a inclusão de pequenos orifícios nas placas, que são usados para
remover o excesso de resina do material acabado. Como passo final, as treliças
passam por pirólise, na qual são elas aquecidas a 900 ºC no vácuo por uma hora.
O resultado final é uma treliça em forma de cubo de carbono vítreo que possui a
maior força que os cientistas já pensaram ser possível para um material tão
poroso.
"Quando você
pega qualquer pedaço de material e diminui drasticamente seu tamanho, para a
casa dos 100 nanômetros, ele se aproxima de um cristal teórico, sem poros ou
rachaduras. Reduzir essas falhas aumenta a força geral do sistema," disse
Bauer.
Nanoestruturas como
esta são altamente promissoras para engenharia estrutural, principalmente no
setor aeroespacial, com sua combinação de força e baixa densidade de massa
podendo melhorar significativamente o desempenho de aviões e espaçonaves.
Fonte Inovação Tecnológica
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