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Esponja de madeira suporta 10.000 ciclos de compressão

Esponja de madeira suporta 10.000 ciclos de compressão
A madeira é transformada em uma pilha de folhas de carbono que não se quebram quando comprimidas (embaixo), voltando repetidamente ao formato original. [Imagem: University of Maryland]

Espuma de madeira

A madeira pode ser convertida diretamente em uma esponja de carbono capaz de suportar repetidos ciclos de compressão e outras condições mecânicas extremas.

E esta nova esponja de carbono de madeira supera vários fatores limitantes de outras esponjas leves e compressíveis porque é mais simples, mais barata de ser produzida e mais ambientalmente amigável.

Isto a torna de interesse em uma ampla gama de aplicações, incluindo baterias, filtros para tratamento de água e componentes eletrônicos.

"Nossos resultados revelam que a [madeira] rígida e incompressível pode se tornar altamente compressível por um processo de tratamento químico e carbonização, resultando em uma esponja de carbono com compressibilidade mecânica, resistência à fadiga e sensibilidade à resposta elétrica que ultrapassa os dos materiais carbonáceos compressíveis mais conhecidos," disse o professor Liangbing Hu, da Universidade de Maryland, nos EUA.

Esponja de carbono

A arquitetura flexível e resiliente da esponja de carbono de madeira foi obtida usando produtos químicos comuns para destruir a hemicelulose rígida e as fibras de lignina que mantêm a estrutura normal da parede celular da madeira. Em seguida, a madeira assim tratada é aquecida até 1.000º C, para transformar o material orgânico em carbono puro, de forma muito similar à fabricação de carvão vegetal.

Esponja de madeira suporta 10.000 ciclos de compressão
A espuma de carbono é leve como um aerogel: Aqui ela é suportada por sementes de dente-de-leão. [Imagem: Chen et al.]

O efeito líquido do processo é colapsar as unidades regulares e retangulares típicas da microestrutura da madeira e substituí-las por uma pilha de folhas de carbono semelhantes a arcos, onduladas e interligadas, que os pesquisadores comparam a um híbrido entre uma mola e um favo de mel.

Enquanto outras esponjas de carbono fabricadas até agora - como o aerogel de carbono - se transformam em pó com um simples apertar de dedos, o novo material suportou até 10.000 ciclos de compressão antes de se deformar.

"Nosso processo de criação da esponja de carbono é exclusivo porque preservamos a estrutura da madeira. Isso torna a esponja altamente compressível e resistente ao estresse. Isso significa que o desempenho da nossa esponja de carbono de madeira é um dos melhores entre todos os materiais carbonáceos leves e compressíveis já relatados," disse o pesquisador Chaoji Chen.

Para demonstrar a versatilidade do material - além das suas propriedades mecânicas - os pesquisadores incorporaram uma fatia da espuma de madeira em um protótipo de sensor de deformação adequado para se ligar a um dedo humano, uma qualidade desejável para uso em aparelhos de monitoramento da saúde e de práticas esportivas.

Bibliografia:

Scalable and Sustainable Approach toward Highly Compressible, Anisotropic, Lamellar Carbon Sponge
Chaoji Chen, Jianwei Song, Shuze Zhu, Yiju Li, Yudi Kuang, Jiayu Wan, Dylan Kirsch, Lisha Xu, Yanbin Wang, Tingting Gao, Yilin Wang, Hao Huang, Wentao Gan, Amy Gong, Teng Li, Jia Xie, Liangbing Hu
Chem
Vol.: 4, Issue 3, 8 March 2018, Pages 544-554
DOI: 10.1016/j.chempr.2017.12.028




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