Materiais funcionais reagem a eletricidade, magnetismo e compressão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/04/2011

As nanopartículas incorporadas na liga metálica podem ser realinhadas pela ação de um campo magnético ou elétrico, deformando o material.
[Imagem: Weifeng Rao]

No último mês de Março, um grupo de cientistas publicou um trabalho apresentando uma incrível liga metálica que pode ser esticada por um campo magnético.

Mas este não o único resultado do trabalho da equipe do Dr. Armen Khachaturyan, da Universidade Rutgers, nos Estados Unidos.

Metais compressíveis

A equipe está na verdade reprojetando uma classe totalmente nova de metais nanoestruturados que misturam as características tradicionais dos metais com a compressibilidade e capacidade de retenção e liberação de energia das borrachas.

Hoje, para se obter essa compressibilidade, os metais são estruturados na forma de molas. As novas ligas metálicas, por outro lado, têm naturalmente esse comportamento de mola, independente de seu formato.

Mais do que isso, seu comportamento pode ser controlado de forma não-mecânica, por meio de campos elétricos ou magnéticos.

Materiais funcionais

Materiais que apresentam essas propriedades são chamados de materiais funcionais.

Essas ligas poderão ser usadas para fabricar stents médicos com elasticidade controlada, microfones ultra-sensíveis e alto-falantes de alta fidelidade e alta potência, além de componentes para motores a gasolina e diesel que permitirão a queima mais eficiente de combustível.

Embora essas ligas nanoestruturadas não sejam exatamente uma novidade - elas estão presentes nas turbinas de avião, por exemplo - os pesquisadores estão ampliando suas possibilidades de uso por meio de modelagens em computador que permitirão que elas sejam sintetizadas para atender a requisitos específicos da aplicação.

Khachaturyan e seu colega Weifeng Rao afirmam que esses novos materiais funcionais terão uma resposta 100 vezes maior do que os materiais atuais.

Piezoelétricos e magnetorresistivos

Os materiais piezoelétricos - que geram eletricidade quando comprimidos, ou se comprimem quando recebem uma carga elétrica - fazem parte desse grupo de materiais funcionais.

Além de suas inúmeras aplicações industriais, esses materiais mais recentemente se mostraram adequados para uma nova linha de aplicações, juntamente com componentes eletrônicas, criando um campo chamado piezoeletrônica.

Outro tipo de material funcional é agora composto pelos materiais que respondem a campos magnéticos, ou magnetorrestritivos, reprojetados pelos dois pesquisadores no artigo publicado na Physical Review Letters.

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Nanopartículas incorporadas nas ligas metálicas funcionais lhes dão grande elasticidade e capacidade de converter energia elétrica e magnética em movimento.
[Imagem: Physical Review Letters]

Ligas de duas fases

Agora Khachaturyan e Rao estão se debruçando sobre materiais conhecidos tecnicamente como "ligas nanoestruturadas decompostas de duas fases".

Essas ligas são feitas resfriando rapidamente - trazendo-os para a fase sólida - metais que estavam aquecidos a altas temperaturas - na fase líquida. Nesse processo, cristais do mesmo metal, mas de uma fase diferente, são incorporados no metal em outra fase.

A estrutura resultante é a de um metal elástico, que pode se deformar sob estresse e retornar ao formato original quando o estresse é removido.

Essas ligas nanoestruturadas poderão ser mais eficientes do que os metais tradicionais em aplicações críticas, como nos stents cardíacos, que precisam ser flexíveis mais não podem perder seu comportamento de mola.

Quando aplicada aos materiais piezoelétricos e magnetorrestritivos, a capacidade da liga em voltar ao seu formato original - uma propriedade conhecida como não-histerese - poderá melhorar a eficiência energética em relação aos chamados materiais com memória tradicionais, que exigem energia para retomar seu formato original.

• Materiais inteligentes ganham múltiplas memórias

Ligas ajustáveis

Além de apresentar respostas muito maiores do que os materiais tradicionais, essas novas ligas nanoestruturas são ajustáveis - elas podem apresentar comportamento mais ou menos elástico alterando as variações mecânica, elétrica e magnética e o processamento do material durante sua fabricação.

Os pesquisadores agora vão começar a testar suas novas ligas metálicas funcionais na prática, aprimorando os métodos para sintetizá-las.

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