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Uma equipe de engenheiros inventou um novo material notável que fica mais forte após um impacto. Os criadores do material também afirmam que ele é eletricamente condutivo, o que o torna um candidato ideal para dispositivos vestíveis ou outros eletrônicos sujeitos a tensões e impactos repetidos.
Surpreendentemente, os inventores do seu novo material dizem que as propriedades únicas do amido de milho, um aditivo alimentar comum, inspiraram os seus esforços.
“Quando mexo o amido de milho e a água lentamente, a colher se move facilmente” explica Yue (Jessica) Wang, cientista de materiais e investigadora principal do projeto. “Mas se eu tirar a colher e depois esfaquear a mistura, a colher não volta. É como esfaquear uma superfície dura.”
Os cientistas chamam esse estado variável durabilidade adaptativa, o que significa que a resistência do material muda de um estado geralmente maleável para um estado mais durável após a aplicação de um tipo de força. Uma vez que muitos dispositivos eletrónicos, como telemóveis, tablet PCs e wearables eletrónicos, poderiam beneficiar deste tipo de durabilidade, os investigadores por detrás desta última invenção queriam ver se conseguiam imbuir uma substância relativamente elástica e maleável com esta propriedade. Se for bem-sucedido, o material resultante poderá formar a base para dispositivos eletrônicos que não quebram como um telefone caído, mas que na verdade se tornam mais fortes com o uso repetido.
Infelizmente, a maioria dos metais e outros materiais com alta condutividade eletrônica são duros e quebradiços, apresentando aos desenvolvedores deste material aparentemente “mágico” uma barreira formidável. No entanto, recente avanços nas ciências dos materiais resultaram em uma classe de materiais chamados polímeros conjugados, que são elásticos e conduzem eletricidade. Ainda assim, estes tipos de polímeros, que são compostos por moléculas minúsculas, semelhantes a espaguete, tendem a quebrar sob tensões repetidas.
Essas circunstâncias motivaram a professora Wang e sua equipe de engenharia da Universidade da Califórnia, Merced, a ver se conseguiam encontrar uma combinação de polímeros conjugados que não apenas fossem duráveis, mas que se tornassem mais resistentes com usos repetidos.
Primeiro, os pesquisadores combinaram uma solução de quatro polímeros. De acordo com o comunicado que anuncia o novo material, este “ácido poli (2-acrilamido-2-metilpropanossulfônico), moléculas de polianilina mais curtas e uma combinação altamente condutora conhecida como poli (3,4-etilenodioxitiofeno) poliestireno sulfonato (PEDOT:PSS). Depois de misturá-los, a equipe de Wang espalhou a mistura em uma película fina e deixou secar.
Como esperado, o material resultante era elástico e eletricamente condutor. No entanto, a verdadeira questão era como o material reagiria ao ser atingido por um martelo. Se reagisse como outros polímeros conjugados, enfraqueceria e quebraria, deixando os pesquisadores de volta ao ponto de partida. No entanto, quando testaram o material, encontraram algo completamente diferente.
“Em vez de se desfazer devido a impactos muito rápidos, deformou-se ou esticou-se”, explicam. “Quanto mais rápido o impacto, mais elástico e resistente o filme se torna.” Assim como a solução de amido de milho, a força adicional dos impactos resultou em durabilidade adaptativa, criando um material mais resistente e durável do que o usado pela equipe no início.
De acordo com a equipe de pesquisa, o ingrediente mágico em seu material mágico foi a adição da combinação PEDOT:PSS, que, segundo eles, “melhorou tanto a condutividade do material quanto a durabilidade adaptativa”. Isto foi uma surpresa, disse Wang, uma vez que o PEDOT e o PSS normalmente não ficam mais difíceis com impactos rápidos.
Para explicar este resultado inesperado, os inventores do material mágico dizem acreditar que o segredo está na composição dos polímeros selecionados que se unem para criar uma mistura do tipo “espaguete e almôndegas” que confere ao material compósito resultante esta propriedade extraordinária.
“Os quatro polímeros, dois com cargas positivas e dois com cargas negativas, emaranham-se como uma grande tigela de espaguete com almôndegas”, explicou Di Wu, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Wang que apresenta o trabalho no encontro. “Como as moléculas carregadas positivamente não gostam de água, elas se agregam em microestruturas semelhantes a almôndegas.”
Se estiver correto, isso significa que as “almôndegas” absorvem a energia do impacto e se achatam, mas não se quebram. O resultado é um material que conduz eletricidade, mas também fica mais forte e durável após repetidas aplicações de força.
Ainda assim, Wang acreditava que eles poderiam melhorar seu projeto inicial, incluindo vários aditivos em seu material para melhorar suas propriedades de durabilidade adaptativa. Após algumas tentativas e erros, eles descobriram que a adição de nanopartículas carregadas positivamente chamadas 1,3-propano diamina enfraqueceu a interação das “almôndegas” do material para aumentar a elasticidade, ao mesmo tempo que fortaleceu os “fios de espaguete”, tornando-o mais durável a cada golpe. .
“Adicionar moléculas carregadas positivamente ao nosso material tornou-o ainda mais forte em taxas de estiramento mais altas”, diz Wu.
No futuro, Wang diz que planejam continuar ajustando seu material para aumentar e diminuir as propriedades relativas para aplicações personalizadas. Isso inclui sensores traseiros para smartwatches ou até mesmo sensores relacionados à saúde, como monitores contínuos de glicose e sensores cardiovasculares.
“Há uma série de aplicações potenciais e estamos entusiasmados em ver aonde esta propriedade nova e não convencional nos levará”, disse Wang.
Christopher Plain é romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciências do The Debrief. Siga e conecte-se com ele no X, conheça seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em christopher@thedebrief.org.
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