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Inspirados em coisas vivas, de árvores a mariscos, pesquisadores da Universidade do Texas em Austin decidiram criar um plástico muito parecido com muitas formas de vida que são duros e rígidos em alguns lugares e macios e elásticos em outros. Seu sucesso – o primeiro, usando apenas luz e um catalisador para alterar propriedades como dureza e elasticidade em moléculas do mesmo tipo – trouxe um novo material que é 10 vezes mais resistente que a borracha natural e pode levar a um material mais flexível eletrônica e robótica.
Os resultados são publicados hoje na revista Ciência.
“Este é o primeiro material desse tipo”, disse Zachariah Page, professor assistente de química e autor correspondente do artigo. “A capacidade de controlar a cristalização e, portanto, as propriedades físicas do material, com a aplicação de luz, é potencialmente transformadora para eletrônicos vestíveis ou atuadores em robótica leve”.
Os cientistas há muito procuram imitar as propriedades de estruturas vivas, como pele e músculo, com materiais sintéticos. Nos organismos vivos, as estruturas geralmente combinam atributos como força e flexibilidade com facilidade. Ao usar uma mistura de diferentes materiais sintéticos para imitar esses atributos, os materiais geralmente falham, se desfazendo e rasgando nas junções entre diferentes materiais.
Muitas vezes, ao juntar materiais, principalmente se eles têm propriedades mecânicas muito diferentes, eles querem se separar”, disse Page. Page e sua equipe conseguiram controlar e alterar a estrutura de um material semelhante ao plástico, usando luz para alterar firme ou elástico o material seria.
Os químicos começaram com um monômero, uma pequena molécula que se liga a outras como ela para formar os blocos de construção de estruturas maiores chamadas polímeros que eram semelhantes ao polímero encontrado no plástico mais comumente usado. Depois de testar uma dúzia de catalisadores, eles descobriram um que, quando adicionado ao monômero e mostrado à luz visível, resultou em um polímero semicristalino semelhante aos encontrados na borracha sintética existente. Um material mais duro e rígido foi formado nas áreas que a luz tocou, enquanto as áreas não iluminadas mantiveram suas propriedades macias e elásticas.
Como a substância é feita de um material com propriedades diferentes, era mais forte e podia ser esticada mais do que a maioria dos materiais misturados.
A reação ocorre à temperatura ambiente, o monômero e o catalisador estão disponíveis comercialmente e os pesquisadores usaram LEDs azuis baratos como fonte de luz no experimento. A reação também leva menos de uma hora e minimiza o uso de qualquer resíduo perigoso, o que torna o processo rápido, barato, energeticamente eficiente e ambientalmente benigno.
Em seguida, os pesquisadores buscarão desenvolver mais objetos com o material para continuar testando sua usabilidade.
“Estamos ansiosos para explorar métodos de aplicação dessa química para criar objetos 3D contendo componentes duros e macios”, disse o primeiro autor Adrian Rylski, estudante de doutorado na UT Austin.
A equipe prevê que o material pode ser usado como uma base flexível para ancorar componentes eletrônicos em dispositivos médicos ou tecnologia vestível. Na robótica, materiais fortes e flexíveis são desejáveis para melhorar o movimento e a durabilidade.
Henry L. Cater, Keldy S. Mason, Marshall J. Allen, Anthony J. Arrowood, Benny D. Freeman e Gabriel E. Sanoja da Universidade do Texas em Austin também contribuíram para a pesquisa.
A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, pelo Departamento de Energia dos EUA e pela Fundação Robert A. Welch.
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