Inesperado: Metais também podem se curar sozinhos quando danificados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/09/2024

Ilustração artística do fenômeno de autocura autônoma encontrado na prata em nanoescala ( esquerda) e imagens de microscopia mostrando a cura de fissuras e furos.
[Imagem: IOP]

Autocura em metais

Uma das tecnologias mais pesquisadas no âmbito do biomimetismo - a imitação de soluções da natureza para proveito tecnológico - é a chamada autocura, a tentativa de fazer com que materiais artificiais ou sintéticos imitem a capacidade inata dos organismos biológicos de curar a si mesmos quando se ferem.

A busca por materiais autorregenerativos tipicamente tem-se concentrado nos chamados materiais "macios", como polímeros e hidrogéis, deixando o conserto dos metais para técnicas mais drásticas, como a soldagem.

Embora alguns experimentos já tenham demonstrado o comportamento de autocura em metais, o fenômeno só havia sido visto em metais totalmente porosos ou dependendo da assistência de gatilhos externos, como aquecimento, estímulo mecânico ou irradiação de feixe de elétrons.

Agora, Jianlin Wang e colegas do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências descobriram uma capacidade de "cicatrização de metais" autêntica: A autocura autônoma e intrínseca foi documentada em nanofios de prata, que se curam como se fossem uma pele ferida, com a vantagem de não deixarem nem sequer a mais leve cicatriz.

A capacidade da prata de autorreparar danos em nanoescala, que ocorreu tanto em temperatura ambiente quanto em temperaturas muito abaixo de zero, abre uma possibilidade promissora para o desenvolvimento de componentes e dispositivos tolerantes a danos na escala de comprimento submicrométrico, dos MEMS e NEMS aos micro e nano-robôs.

Em sentido mais amplo, dizem os pesquisadores, sua descoberta em um nível mecanicista pode fornecer uma estrutura de orientação para uma compreensão mais profunda dos fenômenos e conceitos de autorreparação nos sólidos metálicos em geral. Um primeiro uso dessa orientação será na busca do fenômeno em outros metais e em ligas metálicas.

Não é como uma solda: A recuperação é total, com precisão atômica.
[Imagem: Jianlin Wang et al. - 10.1016/j.matt.2024.07.009]

"Soldagem" com precisão atômica

Usando microscopia eletrônica de transmissão avançada e simulações de dinâmica molecular, a equipe descobriu que a prata (Ag) em nanoescala pode se reparar autonomamente de danos estruturais, como fissuras e poros, sem intervenção externa.

As regiões curadas restauraram perfeitamente a rede cristalina da prata, com ordenação atomicamente precisa, ou seja, sem qualquer perda de resistência. Com isto, e é algo que é ainda mais promissor do ponto de vista prático, a mesma área danificada pode passar por repetidos ciclos de autocura com o mesmo nível de eficiência.

Essa capacidade notável foi observada não apenas em temperatura ambiente, mas continuou ocorrendo mesmo em temperaturas frias, de até 173 K (-100 ºC).

Outro resultado interessante é que os dois tipos representativos de danos estruturais que os pesquisadores criaram nos nanofios, fissuras e poros, apresentaram autocura autônoma muito rápida, variando de alguns poucos minutos a cerca de meia hora.

Outros metais

A equipe quis ver se o fenômeno da autocura funciona para outros metais, mas o ouro (Au) não apresentou comportamento de autocura semelhante à prata à temperatura ambiente, apesar de os dois metais compartilharem muitas semelhanças em termos de propriedades físicas e químicas.

Usando simulações de dinâmica molecular, a equipe descobriu que o que diferencia a prata do ouro neste caso é a alta mobilidade de difusão superficial da prata, uma característica não comumente encontrada em outros metais sólidos.

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