Aerogel ganha resistência mecânica de material à prova de balas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/09/2022

O aerogel continua levíssimo, mas agora tem resistência mecânica.
[Imagem: Huimin He et al. - 10.1038/s41467-022-31957-2]

Aerogel com esteroides

Pesquisadores da Universidade de Hong Kong conseguiram desenvolver o primeiro aerogel com resistência mecânica suficiente para suportar não apenas aplicações práticas comuns, mas aplicações com elevados impactos.

Os aerogéis são materiais tão leves que são conhecidos como "fumaça sólida", graças à sua rede de poros em micro e nano-escalas. Eles podem ser usados em isolamento térmico, dispositivos de energia, estruturas aeroespaciais, bem como em tecnologias emergentes de eletrônica flexível.

No entanto, os aerogéis tradicionais à base de cerâmica tendem a ser frágeis, o que limita seu desempenho em estruturas que precisam suportar cargas. Isso levou ao desenvolvimento de aerogéis poliméricos, mas, devido às restrições impostas por seus blocos de construção, eles só conseguem atingir alta resistência mecânica sacrificando sua porosidade estrutural ou sua leveza.

Huimin He e seus colegas encontraram uma solução melhor nas aramidas, a classe de polímeros à qual pertence o conhecido Kevlar®.

Só que, em vez de usar fibras em escala milimétrica, como na fabricação do Kevlar, a equipe usou um método de processamento em solução para dispersar as aramidas em fibrilas com dimensões em nanoescala. As interações entre as nanofibras e o álcool polivinílico, outro polímero macio e "colante", geraram uma rede fibrilar 3D com alta conectividade e forte ligação entre as nanofibras.

"É como uma rede de treliças 3D microscópica, e conseguimos soldar as treliças firmemente, resultando em um material muito forte e resistente, que pode suportar cargas mecânicas extensas, superando outros materiais de aerogel," disse o professor Lizhi Xu.

O segredo está na resistência das fibras usadas e na interconexão entre as fibras.
[Imagem: Huimin He et al. - 10.1038/s41467-022-31957-2]

Rumo às aplicações práticas

A conectividade entre os nós e a resistência da união entre as fibras deram ao aerogel uma resistência mecânica várias ordens de grandeza maiores do que o aerogel comum, mesmo com o mesmo teor de sólidos.

"Os resultados são muito empolgantes. Não apenas desenvolvemos um novo tipo de aerogel polimérico com excelentes propriedades mecânicas, mas também fornecemos dicas para o projeto de vários materiais nanofibrosos," disse Xu. "O processo de fabricação simples deste aerogel também permite que ele seja usado em vários dispositivos funcionais, como eletrônicos vestíveis, invisibilidade térmica, membranas de filtragem e outros sistemas."

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