Como transformar a nanotecnologia em big tecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/07/2016

O objeto em escala macro tem uma estrutura fractal, com detalhes que exigem um microscópio para serem vistas.
[Imagem: Jim Stroup/Virginia Tech]

Nanoimpressão 3D

Um dos grandes sonhos da nanotecnologia é construir as coisas "de baixo para cima", montando os objetos molécula por molécula, o que, em tese, permitiria fabricar qualquer tipo de material com as propriedades desejadas.

Xiaoyu Zheng, da Universidade da Virgínia, nos EUA, lembrou-se dessa ideia, deu uma olhada nas impressoras 3D e se perguntou: Por que não criar uma impressora 3D que seja precisa o suficiente para depositar não gotas, uma de cada vez, mas moléculas?

Ele ainda não chegou lá, mas já foi capaz de criar um processo que permite fabricar materiais metálicos nanoestruturados em grande escala, atingindo dimensões impensáveis para as técnicas da nanotecnologia e detalhes inatingíveis com as técnicas industriais.

Bioinspiração

Os materiais naturais - dos ossos humanos aos pés das lagartixas - são formados por estruturas que se organizam a partir da escala nanométrica, até formar objetos em macroescala.

Os materiais artificiais também são muito promissores: uma folha de grafeno, por exemplo, pode ser 100 vezes mais forte do que o aço. Mas simplesmente juntar essas folhas resulta em um material que é muito mais fraco do que as folhas individuais - e bem mais fraco do que o aço.

A nova técnica começa a resolver esse problema.

O processo atinge um controle sobre as dimensões do objeto que é nada menos do que 7 ordens de magnitude maior do que o obtido com as impressoras 3D convencionais.

O processo começa com nanotubos, que são organizados em estruturas cada vez maiores, até chegar ao objeto em escala humana.
[Imagem: Xiaoyu Zheng et al. - 10.1038/nmat4694]

Arquiteturas hierárquicas

Tudo começa com nanotubos ocos, que são organizados para formar estruturas hierárquicas tridimensionais, resultando em materiais que apresentam uma elasticidade à tensão 400% superior à que se consegue obter com as espumas metálicas ou cerâmicas.

A técnica, que gera redes hierárquicas 3-D de vários níveis, com características em nanoescala, poderá ser útil em qualquer aplicação que exija uma combinação de rigidez, força, baixo peso e alta flexibilidade - como estruturas aeroespaciais, armaduras flexíveis, veículos mais leves e baterias.

"Criar arquiteturas hierárquicas 3D com microdetalhes ao longo de sete ordens de magnitude na largura de banda estrutural não tem precedentes," disse o professor Zheng.

Além das aplicações estruturais, a nova técnica permitirá criar materiais inorgânicos multifuncionais, como ligas metálicas e cerâmicas com propriedades fotônicas. Suas grandes áreas superficiais poderão coletar a luz de todas as direções, o que poderá ser útil em painéis solares 3D, por exemplo.

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