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Em uma nova pesquisa publicada na Natureza Comunicações, Cientistas da Universidade de Sussex demonstram como um revestimento de tinta altamente condutivo que eles desenvolveram imita a propagação da rede de um vírus por meio de um processo chamado ‘percolação explosiva’ – um processo matemático que também pode ser aplicado ao crescimento populacional, sistemas financeiros e redes de computadores , mas que não foi visto antes em sistemas de materiais. A descoberta foi um desenvolvimento fortuito, bem como uma inovação científica para os pesquisadores.
O processo de percolação – a conectividade estatística em um sistema, como quando a água flui pelo solo ou pela borra de café – é um componente importante no desenvolvimento da tecnologia líquida. E era esse processo que os pesquisadores do grupo de Física de Materiais da Universidade de Sussex esperavam ver quando adicionassem óxido de grafeno a esferas de látex de polímero, como as usadas em tintas de emulsão, para fazer um compósito de polímero.
Mas quando eles aqueceram suavemente o óxido de grafeno para torná-lo eletricamente condutivo, os cientistas iniciaram um processo que viu esse sistema condutivo crescer exponencialmente, na medida em que o novo material criado consumia a rede, semelhante à forma como uma nova cepa de um vírus pode se tornar dominante. Esse comportamento emergente do material levou a uma nova solução de tinta altamente condutora que, como o óxido de grafeno é um nanomaterial barato e fácil de produzir em massa, é um dos compósitos de baixa carga mais acessíveis e mais condutores relatados. Antes, agora, aceitava-se que tais tintas ou revestimentos eram necessariamente um ou outro.
Tintas e tintas eletricamente condutoras têm uma variedade de aplicações úteis em novas tecnologias de impressão, por exemplo, conferindo revestimentos com propriedades como antiestáticas ou fazendo revestimentos que bloqueiam a interferência eletromagnética (EMI), além de serem vitais no desenvolvimento de saúde vestível monitores.
Alan Dalton, professor de Física Experimental, que chefia o Grupo de Física de Materiais da Universidade de Sussex, explica o potencial dessa descoberta fortuita: “Minha equipe de pesquisa e eu trabalhamos no desenvolvimento de tintas e tintas condutoras nos últimos dez anos e Foi para minha surpresa e alegria que descobrimos que a chave para revolucionar este trabalho é um processo matemático que normalmente associamos ao crescimento populacional e à transmissão de vírus.
“Ao nos permitir criar compósitos poliméricos altamente condutores que também são acessíveis, graças à natureza barata e escalável do óxido de grafeno, esse desenvolvimento abre as portas para uma gama de aplicações que ainda não pudemos considerar totalmente. , mas que pode aumentar muito a sustentabilidade dos materiais de veículos elétricos — incluindo baterias — além de ter o potencial de adicionar revestimentos condutores a materiais, como cerâmica, que não são inerentemente assim. Mal podemos esperar para começar explorando as possibilidades.”
O Dr. Sean Ogilvie, pesquisador do Grupo de Física de Materiais do Professor Dalton na Universidade de Sussex, que trabalhou neste desenvolvimento, acrescenta: “O aspecto mais empolgante desses nanocompósitos é que estamos usando um processo muito simples, semelhante à aplicação de tinta de emulsão e a secagem com uma pistola de calor, que inicia um processo de criação de pontes químicas entre as folhas de grafeno, produzindo caminhos elétricos mais condutores do que se fossem feitos inteiramente de grafeno.
“O crescimento dessa rede é análogo ao surgimento de variantes virais de alta transmissão e pode nos permitir usar modelagem epidêmica para desenvolver novos materiais interessantes ou mesmo materiais para entender a transmissão epidêmica”.
Sobre o experimento
Os cientistas pegaram esferas de látex de polímero e adicionaram óxido de grafeno. Ao secar esta solução, como se fosse uma tinta seca, o óxido de grafeno fica preso entre as esferas e, à medida que mais grafeno é adicionado, as folhas eventualmente formam uma rede de ‘percolação’ dentro do filme de látex.
No entanto, como o óxido de grafeno não é eletricamente condutor, os cientistas realizaram algum aquecimento moderado para eliminar defeitos químicos (150°C, semelhante à temperatura de uma pistola de calor usada para secar tinta). Quando eles fizeram isso, descobriram que os filmes não apenas se tornaram condutores – como esperado – mas também se tornaram mais condutores do que se fossem feitos inteiramente de grafeno.
A razão para isso é que as folhas estão presas entre as esferas de látex (em vez de dispostas aleatoriamente), o leve aquecimento inicia a modificação química do grafeno que, por sua vez, modifica quimicamente o polímero para produzir pequenas moléculas que se reticulam (formam pontes químicas entre) as folhas, o que aumenta drasticamente sua condutividade. Esse fenômeno em que, apenas no ponto de percolação, os materiais passam por uma ‘transição de fase’ para formar uma rede completamente diferente do que se não estivessem conectados é conhecido como ‘percolação explosiva’. Pode-se pensar em alcançar um nível crítico de conectividade onde o novo material cresce explosivamente através da rede.
O artigo completo, intitulado ‘A percolação explosiva produz nanocompósitos poliméricos altamente condutivos’, foi publicado em Natureza Comunicações site da revista aqui.
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