Os cientistas descobriram uma nova maneira de estruturar o carbono em nanoescala, criando uma estrutura que supera o diamante em termos de resistência e densidade.
Apesar de a minúscula grade de carbono ter sido fabricada e testada em laboratório, ela ainda está muito longe de seu uso prático. Mas essa nova abordagem pode nos ajudar a criar materiais mais resistentes e leves no futuro, o que é de grande interesse para indústrias como aeroespacial e aviação.
Estamos falando aqui de algo conhecido como estruturas nanoláticas – estruturas porosas como a da imagem acima, formadas por suportes de carbono tridimensionais e chaves. Graças à sua estrutura única, são incrivelmente fortes e leves.
Normalmente, esses nanoláticos são baseados em uma estrutura cilíndrica (eles são chamados de nanoláticos de feixe). Mas a equipe agora criou nanoláticos lamelares, estruturas baseadas em minúsculas lamelas.
Com base em experimentos e cálculos, a abordagem lamelar promete um aumento de 639% na resistência e um aumento de 522% na rigidez em relação ao método do feixe nanoestruturado.
Para testar definitivamente esses materiais em laboratório, os pesquisadores usaram um sofisticado processo de impressão a laser 3D chamado polimerização de dois fótons por gravação direta a laser, que basicamente usa reações químicas cuidadosamente controladas dentro de um feixe de laser para gravar moldes na menor escala.
Usando uma resina líquida que é sensível aos raios ultravioleta, o processo emite fótons na resina para transformá-la em um polímero sólido de um formato específico. Passos adicionais são então necessários para remover o excesso de resina e aquecer a estrutura para mantê-la no lugar.
O que os cientistas conseguiram fazer aqui é, na verdade, aproximar-se da rigidez e resistência teóricas máximas desse tipo de material – os limites conhecidos como limites superiores de Khashin-Shtrikman e Suke.
Conforme confirmado por um microscópio eletrônico de varredura, esses são os primeiros experimentos reais a mostrar que os pontos fortes teóricos podem ser alcançados, embora ainda estejamos longe de sermos capazes de fabricar esse material em uma escala maior.
Na verdade, parte da força do material está em seu tamanho minúsculo: quando esses objetos são comprimidos a 100 nanômetros – mil vezes menos que a espessura de um fio de cabelo humano – os poros e rachaduras ficam cada vez menores, reduzindo potenciais defeitos.
No que diz respeito à forma como esses nanoláticos podem ser usados, certamente serão de interesse para a indústria aeroespacial – a combinação de força e baixa densidade os torna ideais para aeronaves e espaçonaves.
O estudo foi publicado na Nature Communications.
Fontes: Foto: (Cameron Crook e Jens Bauer / UCI)
