Materiais ultraleves suportam impactos supersnicos

Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 25/06/2021

Materiais anti-impacto

Um material construdo a partir de estruturas de carbono em micro e nano-escala conseguiu suportar o impacto de partculas arremessadas contra ele em velocidades supersnicas.

O material ultraleve composto por vigas de carbono em escala nanomtrica, criando uma estrutura de trelia que garante resistncia e robustez mecnica. Os primeiros prottipos so mais finos do que a espessura de um fio de cabelo humano.

A equipe testou a resilincia do material disparando contra ele micropartculas em velocidades supersnicas. Muitos dos microprojteis no apenas no conseguiram penetrar no material, como ricochetearam nele, mostrando uma elasticidade inesperada.

Se a mesma estrutura puder ser ampliada e fabricada em larga escala, esta pode ser uma rota promissora para a criao de verses mais leves e mais resistentes de capacetes, revestimentos de proteo, escudos contra exploso e outros materiais resistentes a impactos.

“A mesma quantidade de massa do nosso material seria muito mais eficiente para parar um projtil do que a mesma quantidade de massa de Kevlar,” disse Carlos Portela, do MIT.

Materiais nanoarquitetados

Os chamados materiais nanoarquitetados – ou nanoengenheirados – consistem em estruturas padronizadas, em escala nanomtrica, montadas para formar estruturas similares s usadas em pontes e vigamentos de telhados.

Dependendo de como suas estruturas so dispostas, os materiais podem alcanar propriedades nicas, como leveza e resilincia. por isso que esses materiais nanoarquitetados so vistos como materiais potencialmente mais leves e mais resistentes ao impacto.

Mas esse potencial s agora comea a ser testado na prtica. “Ns s sabemos sobre sua resposta [aos impactos] em um regime de deformao lenta, enquanto muitos de seus usos prticos esto sendo pensados para aplicaes do mundo real, onde nada se deforma lentamente,” disse Portela.

Para fazer esses testes, Portela optou por replicar uma estrutura, conhecida como tetrakaidecaedro, j usada em espumas de absoro de choques, mas fabricando-a com carbono, para tentar dar flexibilidade ao material, que normalmente rgido. “Embora o carbono seja normalmente frgil, o arranjo e os pequenos tamanhos das vigas no material nanoarquitetado do origem a uma arquitetura elstica e dominada por dobras.”

Usando uma cmera de alta velocidade, os pesquisadores capturaram vdeos das micropartculas durante impacto com o material nanoarquitetado.
[Imagem: Carlos Portela et al – 10.1038/s41563-021-01033-z]

Impactos supersnicos

Portela testou seu material disparando contra ele microprojteis, partculas de silcio com 14 micrmetros de dimetro, em velocidades de 1.100 metros por segundo – a velocidade do som de aproximadamente 340 metros por segundo.

Filmando tudo com uma cmera de alta velocidade, foi possvel ver como os microprojteis amassavam ligeiramente o material no ponto de impacto e eram ento repelidos. Toda a arquitetura de vigas de carbono em volta da rea de impacto ficou intacta.

“Mostramos que o material pode absorver muita energia por causa desse mecanismo de compactao de choque das vigas em nanoescala, em comparao com algo que totalmente denso e monoltico, no nanoarquitetado,” disse Portela.

A equipe planeja a seguir explorar outras configuraes nanoestruturadas, bem como outros materiais alm do carbono, e maneiras de ampliar sua produo – tudo com o objetivo de projetar materiais de proteo mais resistentes e leves.

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