Nanomaterial bate recorde de uma bizarra e contra-intuitiva expanso

Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 19/04/2024

Estica e incha

Quando a maioria dos materiais esticada em uma direo, eles encolhem perpendicularmente; e, quando compactados, expandem perpendicularmente. Lembre-se de um elstico ou de um balo de aniversrio, que voc estica at torn-lo muito fino, de modo a facilitar o esforo para ench-lo.

Mas existe tambm uma famlia de materiais muito interessantes tecnologicamente, conhecidos como auxticos (do grego antigo auxetos, que significa esticveis), que se comportam de modo totalmente oposto a tudo o que voc encontrar por a: Esses materiais se expandem na perpendicular do puxo que recebem, ou encolhem quando so comprimidos.

Os fsicos e engenheiros dos materiais acreditavam que esse comportamento inusitado seria sempre bem discreto. Por exemplo, at agora se conhecia apenas um material auxtico que alcana uma expanso de 10% por unidade de comprimento quando esticado.

Mas esse recorde acaba de ser detonado por pesquisadores da Universidade Oeste de Ontrio, no Canad, que descobriram um material auxtico ultrafino – um nanomaterial – que pode se expandir em at 40% quando esticado, estabelecendo um novo recorde mundial.

O nanomaterial apresenta o efeito contra-intuitivo em escala atmica, e com um ganho adicional inesperado.
[Imagem: Giovanni Fanchini Lab/WesternU]

Aplicaes dos materiais auxticos

Existem inmeras aplicaes possveis para um material auxtico, incluindo dar memria fsica aos objetos. Contudo, as opes se tornaram ainda mais amplas com este novo recordista porque ele possui uma propriedade adicional valiosa: O novo nanomaterial torna-se mais eletricamente condutor quando esticado.

Essa diminuio da resistncia eltrica abre portas para amplas possibilidades de uso em coisas como sensores ou qualquer dispositivo projetado para detectar eventos ou mudanas no ambiente, e ento enviar as informaes para outros eletrnicos para processamento.

Por exemplo, a equipe cita um novo tipo de extensmetro. Esses medidores, disponveis comercialmente, so uma forma padro de medir a expanso e o estiramento em tudo, desde asas de avies at encanamentos domsticos. “Imagine se voc quiser saber se um cano da sua casa est deformando e corre o risco de estourar em algum momento. Voc pode colocar no cano um sensor feito desse nanomaterial bidimensional e depois usar um computador para monitorar a corrente que passa por ele. Se a corrente aumentar, isso significa que o tubo est se expandindo e corre o risco de estourar,” explicou o professor Noah Stocek.

Outra aplicao incorporar o material diretamente em eletrnicos extensveis, como tecnologia vestvel, para que os tecidos eletrnicos tenham mais condutividade.

Instrumento de deposio de vapor de plasma projetado pela equipe para sintetizar o novo nanomaterial.
[Imagem: Mitch Zimmer/Western Science]

Carbeto de tungstnio

O material auxtico recordista consiste em nanofolhas bidimensionais de semi-carbeto de tungstnio (ou W₂C), um composto qumico formado por tomos de tungstnio e carbono.

O truque que a estrutura da nanofolha em si no plana. Os tomos so feitos de unidades repetidas que consistem em dois tomos de tungstnio para cada tomo de carbono, dispostos como a superfcie ondulada de uma caixa de ovos. medida que a tenso mecnica aplicada atravs da nanofolha elstica em uma direo, ela se expande na outra dimenso, medida que as depresses se achatam.

“Em 2018, os tericos previram que o W₂C poderia apresentar este comportamento a um nvel excelente, mas ningum foi capaz de desenvolv-lo, apesar das extensas tentativas de grupos de investigao em todo o mundo,” contou Stocek. Isso porque o composto no pode ser criado usando meios qumicos.

A equipe ento lanou mo da fsica dos plasmas, uma “massa” de partculas carregadas considerada o quarto estado da matria. Em vez de aquecer um gs feito de tomos de tungstnio e carbono em fornos, o que produziria partculas neutras, como se obtm para slidos, lquidos ou gases, a equipe construiu um aparato especial para produzir um plasma composto de partculas eletricamente carregadas. Deu certo, e o material emergiu do plasma exatamente na estrutura prevista pelos tericos.

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