Pesquisadores desenvolvem materiais inusitados de alta resistência

Pesquisadores desenvolvem materiais inusitados de alta resistência
Soberania Energética

Produtos prometem maior eficiência e sustentabilidade, mas já demonstram grande versatilidade

As pesquisas que buscam desenvolver materiais mais resistentes estão obtendo resultados inovadores e até incríveis. Aumentar a eficiência e a durabilidade dos equipamentos traz vantagens competitivas significativas para as empresas e os países que financiam os estudos, mas também refletem a inventividade e a criatividade dos engenheiros envolvidos nos projetos. Assim, para abismo geral, foi apresentado recentemente uma madeira mais rígida que o aço, plásticos de base vegetal estão sendo usados na fabricação de peças para os carros e fibras sintéticas para substituir grafenos com grandes vantagens.

Biopolímeros reforçados com fibras

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As peças são primeiramente testadas em laboratório. Crédito: Instituto Fraunhofer

Engenheiros do Instituto Fraunhofer, da Alemanha, têm como desafio a aplicação na indústria automotiva de uma importante inovação desenvolvida pela instituição. Criaram uma nova classe de plásticos de base vegetal, em substituição aos materiais derivados do petróleo.

São biopolímeros reforçados com fibra que podem promover a substituição de componentes com alta pegada de CO2. Num momento em que o planeta busca a descabonização, já é uma boa notícia. Mas a invenção está sendo comemorada também por prometer reduzir o peso dos veículos. No fim a conta é ainda mais positiva para o meio ambiente e o bolso dos motoristas, pois o consumo de combustível deve ser menor.  

O novo material também promete suportar altas cargas mecânicas e dinâmicas. A expectativa é que seja usado na fabricação de peças como suportes do motor ou hastes de acoplamento, como parte do chassi.

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Simulação prevê preencimento das fibras na peça, o que afeta a distribuição e a resistência da carga. Crédito: Instituto Fraunhofer

Um aspecto central do projeto envolve a otimização de uma biopoliamida derivada do óleo de linhaça, para ser usada em peças automotivas sujeitas a vibrações que sejam leves e duráveis. Em segundo lugar, haverá uma redução nas emissões de gases com efeito de estufa prejudiciais ao ambiente por meio de um design específico para o material, reduzindo a quantidade de material utilizado em cada componente. 

“Substitutos ecologicamente corretos podem reduzir as emissões de CO2 em mais de 50% ao longo de todo o ciclo de vida. Estamos nos concentrando no material da matriz do compósito e reduzindo pela metade as emissões em comparação com os plásticos convencionais, alcançando 4,5 kg de CO2 por kg de produto, contra 9 kg de CO2 por kg de peso do produto [atual],” disse Georg Stoll, gerente do projeto.

Madeira mais resistente que o aço

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Liangbing Hu e seu colega Teng Li segurando a supermadeira. Crédito: Universidade de Maryland

Também surpreende e ecológica é a madeira desenvolvida por cientistas da Universidade de Maryland (EUA),  mais leve e mais resistente que o aço. Os pesquisadores seguiram um longo processo para realizar a inovação. O primeiro passo foi fazer um tratamento químico para a extração parcial da molécula chamada lignina. A outra etapa foi comprimir a madeira a um calor de 100 ºC, agindo sobre as fibras de celulose e reduzindo a espessura do produto final em cerca de 80%.

A lignina é retirada justamente para evitar que fiquem espaços vazios entre as fibras. Mas essa remoção é apenas parcial porque “se comprimíssemos a madeira depois de extrair a lignina totalmente, a estrutura inteira (do material) colapsaria“, afirma o líder da equipe de pesquisa.

A super madeira passou nos testes. Ela pode parar projéteis disparados por armas de fogo, por exemplo. Se emprega num colete à prova de bala, a previsão é que o custo final seja muito mais baixo. Mais leve que o aço e 12 vezes mais resistente que a madeira comum, o material promete ter na verdade muitas aplicações. 

Resistência para microchips

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft criaram um novo material que tem uma força de rendimento dez vezes maior que o Kevlar, rivalizando com a resistência de outros materiais superfortes, como o grafeno e os diamantes.

As fibras sintéticas de alta resistência, como o Kevlar, são conhecidas pela sua notável resiliência à abrasão e ao desgaste. Eles são usados ​​principalmente em aplicações de reforço e fortalecimento, particularmente em coletes à prova de balas, capacetes e outros equipamentos de proteção.

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Representação artística do carboneto de silício amorfo. Crédito: Science Brush

O novo material é chamado de carboneto de silício amorfo (a-SiC) e pode ter uma série de aplicações que vão além de equipamentos de proteção, permitindo microchips altamente sensíveis.

“Para compreender melhor a característica crucial do “amorfo”, pense na maioria dos materiais como sendo feitos de átomos dispostos num padrão regular, como uma torre de Lego intrincadamente construída”, explicou o professor assistente Richard Norte, que liderou o novo trabalho.

Os pesquisadores relataram que o novo material é altamente escalável, especialmente em comparação com outras alternativas, como o grafeno e os diamantes, que são caros e ineficientes de produzir. Como tal, o carboneto de silício amorfo é extremamente promissor para aplicações que vão desde ferramentas de exploração espacial de ponta e tecnologias de sequenciamento de DNA até sensores de microchip altamente sensíveis e células solares sofisticadas.

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