Madrepérola artificial finalmente pronta para usos práticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/04/2025

A cerâmica biomimética herdou as vantagens do material natural, e agora em peças grandes e de qualquer formato.
[Imagem: Yu-Jie Lu et al. - 10.1093/nsr/nwaf006]

Bom, mas difícil de reproduzir

O nácar, ou madrepérola, o material que estrutura a camada protetora das conchas dos moluscos, tem servido de inspiração para criação de novos materiais há bastante tempo.

E não é por acaso, já que o nácar é um nanocompósito natural, com propriedades mecânicas excepcionais, tanto por sua alta resistência quanto por sua tenacidade, o que o torna promissor em inúmeras áreas, como compósitos estruturais leves e equipamentos de proteção.

Agora, Yu-Jie Lu e colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China superaram vários desafios para tornar o uso prático do nácar uma realidade. Até agora, vinha sendo difícil desenvolver um método eficiente de fabricação de um compósito sintético inspirado no nácar, além do que as amostras eram pequenas e flexíveis.

Madrepérola artificial

A equipe desenvolveu uma estratégia para a preparação de compósitos cerâmicos-metálicos semelhantes a nácar usando microesferas de alumina (Al₂O₃) deformáveis revestidas com sal de níquel. O material apresentou uma excelente resistência à flexão e à fratura, podendo ser produzido em massa em diversos formatos por meio de técnicas simples.

Tudo começa com a sintetização das microesferas de alumina, o que foi feito por meio da emulsificação de uma pasta cerâmica e solventes orgânicos. É necessário peneirar o material, para que as microesferas apresentem dimensões uniformes, e a seguir revesti-las com uma camada de sal de níquel.

Finalmente, por meio de prensagem a quente, as microesferas são achatadas em placas, o que faz com que a camada de níquel forme uma estrutura compartimentada, replicando com precisão a microestrutura de "tijolo e barro" do nácar natural.

Diagrama esquemático do processo de preparação das cerâmicas semelhantes ao nácar.
[Imagem: Yu-Jie Lu et al. - 10.1093/nsr/nwaf006]

Cerâmicas biomiméticas

Parece simples - e o método de fabricação é realmente muito simples - mas esse nácar sintético apresenta otimizações em todas as escalas. Na macroescala, camadas de cerâmica de alumina se alternam com camadas de níquel, enquanto na microescala partículas de níquel penetram na camada cerâmica para aumentar a tenacidade, sem perda na junção entre elas.

Além disso, quando as cerâmicas biomiméticas são submetidas a forças além da sua resistência, as rachaduras se desviam ao longo da interface cerâmica-metal, evitando falhas catastróficas por dissipação de energia. Isso torna o material altamente adequado para aplicações em ambientes extremos, como proteção térmica aeroespacial e revestimentos de proteção contra impactos de alta velocidade.

Essa otimização permitiu alcançar uma resistência à flexão de 386 MPa à temperatura ambiente e 286,86 MPa a 600 °C. A tenacidade à fratura chegou a 12,76 MPa.m^1/2 (temperatura ambiente) e 12,99 MPa.m^1/2 (600 °C).

Como os moldes usados na prensagem podem ter qualquer formato, essa técnica permite a preparação completa de grandes cerâmicas de formas irregulares.

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