Materiais sintéticos agora podem ser fortes e flexíveis simultaneamente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/04/2025

O material de base é muito rígido e quebradiço, mas impresso em padrões precisos e complexos ele forma uma estrutura forte e flexível.
[Imagem: James Utama Surjadi et al. - 10.1038/s41563-025-02219-5]

Resistente e elástico

Metamateriais são materiais sintéticos com estruturas que lhes conferem propriedades que nenhum material natural tem - suas propriedades dependem da sua estrutura física, e não de sua composição química.

A maioria dos inúmeros desenvolvimentos na área tem-se concentrado em metamateriais mais resistentes e mais rígidos, que parecem mais adequados à maioria das aplicações, já que eles tipicamente têm que lidar com ondas. Mas há uma desvantagem: Quanto mais rígido um material, menos flexível ele é.

Mas a ajuda já está a caminho: James Surjadi e colegas do MIT descobriram uma maneira de fabricar um metamaterial que seja resistente e elástico simultaneamente. O material base continua sendo altamente rígido e quebradiço, mas ele é então impresso em padrões precisos e intrincados, que formam uma trama resistente e flexível.

A chave para essas propriedades duplas está no uso do material rígido para criar estruturas microscópicas - os chamados meta-átomos - e então tecê-los em uma arquitetura que gere um material macio em macroescala.

Essa rede dupla microscópica, impressa com um polímero semelhante ao acrílico, resulta em um material que pode se esticar até quatro vezes o seu tamanho sem se romper - em comparação, o polímero em outras formas tem pouca ou nenhuma elasticidade e se estilhaça facilmente. Assim, o material pertence também à classe emergente dos materiais nanoarquitetados, ou nanoengenheirados - veja Chegou a era da nanoengenharia estrutural.

É possível mesclar outras propriedades, como a condutividade termal ou elétrica.
[Imagem: James Utama Surjadi et al. - 10.1038/s41563-025-02219-5]

Unidades rígidas tecidas

Os pesquisadores afirmam que essa nova técnica de rede dupla pode ser aplicada a outros materiais, por exemplo para fabricar cerâmicas, vidros e metais elásticos.

Esses materiais resistentes, porém flexíveis, podem ser transformados em tecidos resistentes a rasgos, semicondutores flexíveis, serem usados para o encapsulamento de chips eletrônicos e estruturas duráveis, porém flexíveis, para o cultivo de células para reparo de tecidos etc.

"Estamos abrindo um novo território para os metamateriais," afirmou o professor Carlos Portela. "Você poderia imprimir um metal ou cerâmica de dupla rede e obter muitos desses benefícios, pois exigiria mais energia para quebrá-los, e eles seriam significativamente mais elásticos."

Além das propriedades mecânicas

Para testar seu conceito, a equipe fabricou um metamaterial combinando duas arquiteturas microscópicas. A primeira é uma estrutura rígida, em forma de grade, formada por pontaletes e treliças. A segunda é um padrão de espirais que se entrelaçam em torno de cada pontalete e treliça. Ambas as redes são feitas do mesmo plástico acrílico e impressas de uma só vez, utilizando uma técnica de impressão a laser de alta precisão chamada litografia de dois fótons.

O novo projeto de rede dupla conseguiu esticar três vezes seu próprio comprimento, o que é 10 vezes mais do que um metamaterial convencional com padrão de treliça impresso com o mesmo plástico acrílico. Segundo a equipe, a resistência elástica do novo material advém das interações entre as estruturas rígidas e a trama mais desordenada e enrolada, à medida que o material é tensionado e puxado.

"Até agora, falamos sobre propriedades mecânicas, mas e se também pudermos torná-las condutivas, ou seja, responsivas à temperatura? Para isso, as duas redes poderiam ser feitas de polímeros diferentes, que respondam à temperatura de maneiras diferentes, de modo que um tecido possa abrir seus poros ou se tornar mais flexível quando está quente e possa ser mais rígido quando está frio. Isso é algo que podemos explorar agora," anunciou Portela.

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