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O Dr. Amir Asadi, professor assistente do Departamento de Tecnologia de Engenharia e Distribuição Industrial da Texas A&M University, está fazendo avanços inovadores no campo de materiais compostos. Sua pesquisa explora a incorporação de nanoestruturas padronizadas compostas de vários materiais em compósitos de alto desempenho para alcançar a multifuncionalidade desejada sem sacrificar nenhuma outra propriedade. Isso pode levar a avanços em vários campos, incluindo eletrônicos, armazenamento de energia, transporte e produtos de consumo.
O trabalho de Asadi tem implicações significativas, pois aborda o desafio de aprimorar simultaneamente duas propriedades – multifuncionalidade e integridade estrutural – em materiais compostos, que consistem em pelo menos dois materiais com propriedades diferentes. Ao incorporar nanoestruturas padronizadas, ele pretende superar o trade-off normalmente observado entre essas propriedades, eliminando a necessidade de sacrificar uma para melhorar a outra nos métodos de fabricação atuais.
Ele explica: “Atualmente, fabricar materiais com funcionalidade simultaneamente maximizada e desempenho estrutural é considerado paradoxal. Por exemplo, aumentar a condutividade elétrica geralmente reduz a resistência ou vice-versa; aumentar a resistência geralmente diminui a tenacidade à fratura.”
No entanto, Asadi se inspira em estruturas naturais, como a tromba do elefante, que possui propriedades e funcionalidades aparentemente incompatíveis.
“Já existem estruturas naturais com propriedades consideradas incompatíveis na engenharia de hoje, como a tromba de um elefante que é ao mesmo tempo rígida e forte, mas também flexível e delicada para manusear pequenos vegetais ao mesmo tempo em que possui funcionalidades de comunicação e sensoriamento, tudo decorrente de sua arquitetura de hidrostatos musculares.”
A equipe de pesquisa usou um método exclusivo para ajustar o quanto um material absorve ou repele água, conhecido como grau de anfifilicidade, em vários nanomateriais. Usando esses materiais, eles criaram e combinaram padrões específicos chamados padrões de anel e disco, que governam as propriedades finais dos materiais compostos. Para isso, eles usaram um sistema de spray preciso com dióxido de carbono (CO2) para depositar os padrões na superfície das fibras de carbono. Isso permitiu que eles controlassem o tamanho das gotículas, os padrões em escala microscópica e as interações dos materiais, alcançando as propriedades desejadas. Neste estudo, gotas de água entregaram os nanomateriais à superfície de fibras de carbono usando o sistema de spray.
“Desenvolvemos uma nova técnica de pulverização, conhecida como atomização assistida por CO2 supercrítico, que aproveita as propriedades do CO2 supercrítico e sua alta dissolução em água que pode criar várias pequenas gotículas dentro de uma suspensão composta de água e nanomateriais”, disse o Dr. Dorrin Jarrahbashi, co-autor do artigo de jornal do grupo, “Multifunctionality Through Embedding Patterned Nanostructures in High-Performance Composites”.
“Ao contrário das abordagens convencionais nas quais os materiais com propriedades intrínsecas desejadas são integrados para adicionar funcionalidade, esta pesquisa introduz o conceito de integração de nanopadrões e mostra que diferentes padrões do mesmo material levarão a diferentes propriedades em compósitos em macroescala”, disse Asadi. “Se o aprimoramento simultâneo da funcionalidade e das propriedades estruturais for o objetivo, os padrões podem ser combinados e aprimorar sinergicamente todas as propriedades desejadas.”
Existem vários benefícios da abordagem de Asadi. Ele oferece um método prático, escalável e economicamente viável para criar materiais nanoestruturados e componentes com propriedades ajustáveis. O uso de diversos materiais e o controle preciso da arquitetura em escalas de vários comprimentos aumentam a versatilidade e o potencial de personalização dos compósitos.
Este trabalho pioneiro, financiado por dois prêmios da National Science Foundation, foi publicado em Materiais avançados. Asadi reconhece as contribuições inestimáveis de seu Ph.D. alunos Ozge Kaynan, Ehsan Hosseini, Farhad Zakertabrizi e Emile Motta De Castro, bem como os esforços colaborativos da Dra. Lisa Perez e Jarrahbashi, no sucesso desta pesquisa.
À medida que a pesquisa avança, o trabalho de Asadi provavelmente revolucionará a fabricação de compósitos de alto desempenho. Com sua dedicação e experiência, Asadi está na vanguarda do avanço do campo de materiais compostos.
O impacto potencial desta pesquisa se estende além da comunidade científica. “A pesquisa promete impactar vidas”, afirmou Asadi. “A introdução da técnica simples, mas escalável, reduzirá o custo final de dispositivos intrincados e complexos e ampliará a fabricação de compósitos nanoestruturados, contribuindo para a economia e o mercado de trabalho dos EUA. Isso pode resultar em dispositivos aprimorados, sistemas de energia mais eficientes e produtos inovadores que aprimoram vida cotidiana.”
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