“Madeira metálica”: este material é tão forte quanto o titânio, mas cinco vezes mais leve

Por , em 29.01.2019

Cientistas da Universidade da Pensilvânia (EUA), da Universidade de Illinois (EUA) e da Universidade de Cambridge (Reino Unido) criaram uma técnica que transforma metais comuns em “madeira metálica”.

Por enquanto, eles afirmam ter criado uma folha de níquel que é tão forte quanto o titânio, mas até cinco vezes mais leve.

O método funciona a partir da manipulação de materiais em escala atômica para melhorar a relação entre sua resistência e peso.

Metal x madeira

A expressão “forte como aço” é um clichê por uma boa razão: o aço é um material tão forte e acessível que acaba sendo utilizado extensamente, em pontes, veículos, suportes de construção e concreto armado, para citar alguns exemplos.

No entanto, ele não é tão forte quanto poderia ser. A estrutura cristalina que compõe metais como aço, alumínio e titânio lhes confere sua força e flexibilidade, mas é imperfeita, de modo que as forças aplicadas aos metais levam a uma falha muito abaixo do limite de força teórica desses materiais. O titânio, por exemplo, seria 10 vezes mais forte se tivesse uma estrutura ideal.

A madeira comum, por outro lado, tem uma relação estrutura-força mais eficiente. A celulose pura, que é um elemento importante na madeira, é uma polpa mole, mas quando é formada na estrutura complexa da madeira, torna-se tão forte que a madeira e o aço comercial, peso por peso, têm resistência comparável. A razão pela qual o aço parece tão mais forte é que ele é muito mais denso.

Pensando nisso, os pesquisadores do novo estudo decidiram buscar maneiras de dar aos metais a estrutura porosa que confere sua vantajosa força à madeira.

Madeira metálica

Estudos anteriores tentaram fazer isso transformando metal derretido em espuma, ou usando impressão 3D com precisão de nanômetros. O problema é que a espuma de metal é grosseira para os padrões modernos de engenharia, enquanto o processo de impressão 3D é lento e muito difícil de escalar.

A nova pesquisa optou por uma abordagem que os cientistas chamaram de “madeira metálica”.

Se você olhar para a madeira, o que você verá são partes grossas e densas feitas para manter a estrutura, e partes porosas feitas para suportar funções biológicas, como transporte de e para células. “Nossa estrutura é similar. Temos áreas grossas e densas com fortes estruturas de metal e áreas que são porosas com lacunas de ar”, explica um dos autores do estudo, James Pikul, da Universidade da Pensilvânia.

O método

Para criar a madeira metálica, os pesquisadores suspenderam esferas de plástico com algumas centenas de nanômetros de largura na água, e permitiram que ela evaporasse. À medida que a água desaparecia, as esferas caíam em um padrão cristalino e geométrico.

Este padrão foi então galvanizado com uma fina camada de cromo e os espaços entre as esferas foram preenchidos com níquel. Em seguida, o plástico foi dissolvido, e o que ficou para trás foi uma rede aberta de suportes metálicos com 70% de espaço vazio, tornando-o leve o suficiente para flutuar na água.

Esferas plásticas (brancas) fornecem a estrutura para o níquel (azul) e são finalmente dissolvidas. Em seguida, outros revestimentos funcionais (amarelo) podem ser adicionados

Dificuldades e aplicações

Por enquanto, o material resultante é pequeno – cerca de um centímetro quadrado na área – e seu processo de fabricação muito caro. Entretanto, o objetivo do estudo é desenvolver uma infraestrutura que permita que quantidades maiores do metal sejam produzidas de forma mais barata.

Além disso, a equipe planeja observar quais são as propriedades dessa “madeira metálica”, como se ela se quebra ou se despedaça quando atingida.

Outro potencial interessante da tecnologia é que o espaço vazio pode ser preenchido, por exemplo, com outros materiais que funcionariam como uma bateria para termos objetos capazes de gerar sua própria energia, de asas de avião a próteses para membros.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista científica Nature Scientific Reports. [NewAtlas]

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