Nanotecnologia desenvolve técnica para fabricação de peças 3-D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/10/2010

Alguns dos formatos tridimensionais criados com a nova técnica. A combinação dos desenhos 2-D iniciais pode gerar virtualmente qualquer formato.
[Imagem: A. John Hart]

Nanopeças

Engenheiros da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, desenvolveram uma técnica de fabricação em nanoescala capaz de criar peças complexas com propriedades muito superiores às feitas com fibras de carbono.

As nanomáquinas e os MEMS (sistemas microeletromecânicos) já são utilizados em equipamentos como consoles de jogos e sensores de airbags.

Embora seu potencial seja muito maior, essas máquinas microscópicas exigem peças pequenas demais para serem construídas com as técnicas tradicionais.

Isto tem limitado os projetos a usar peças planas, que possam ser construídas por litografia e depois "destacadas" do material onde foram esculpidas.

Capilaridade

Agora, a equipe do Dr. John Hart descobriu que é possível usar a capilaridade - uma força descrita por Albert Einstein - para criar peças tridimensionais, com desenhos incrivelmente complexos.

E as peças podem ser feitas com os incríveis nanotubos de carbono, que possuem propriedades mecânicas, elétricas e químicas que os tornam muito superiores a qualquer peça em macroescala, tanto em termos estruturais quanto funcionais.

Eixos espiralados, anéis concêntricos e várias outras peças de desenho muito complexo estão entre os protótipos construídos pela equipe para demonstrar a nova técnica.

Segundo Hart, além permitir utilizar as propriedades inigualáveis dos nanotubos de carbono - propriedades mecânicas, térmicas, elétricas e químicas - a técnica permite a produção de peças em formatos que seriam praticamente impossíveis de obter por outros métodos.

"Montar nanoestruturas em formas tridimensionais é um dos maiores objetivos da nanotecnologia. O método de conformação por capilaridade pode ser aplicado a muitos tipos de nanotubos e nanofios, e a sua escalabilidade é muito atrativa para a indústria," explica Hart.

"É fácil fazer nanotubos de carbono alinhados e verticais como prédios. Mas não era possível até agora conformá-los em formas complexas," completa.

Usando moldes bidimensionais, os pesquisadores fazem os nanotubos crescerem e se transformarem em intricadas estruturas tridimensionais usando a força da capilaridade.
[Imagem: A. John Hart]

Conformação por capilaridade

O processo é chamado "conformação por capilaridade", e usa o fenômeno que ocorre quando os líquidos parecem desafiar a gravidade e sobem por um tubo por sua própria conta - é esse fenômeno o grande responsável, por exemplo, pelo surgimento das desagradáveis infiltrações nas paredes, que as fazem mofar, quando a água sobe do solo pelos microcanais presentes nos tijolos ou entre eles.

Para construir as peças 3-D, os pesquisadores começam estampando o molde em 2-D sobre uma pastilha de silício. Visando o posterior crescimento tridimensional, os moldes consistem em anéis, círculos e meio-círculos, dispostos em diferentes orientações e agrupamentos.

Depois de fazer os nanotubos crescerem sobre os moldes, usando a técnica tradicional de deposição de vapor químico, a floresta de nanotubos verticais resultante é posta acima de um recipiente com um solvente fervente - normalmente a acetona.

Conforme o solvente se condensa sobre os nanotubos, a ação da capilaridade retorce a floresta de nanotubos, gerando as estruturas tridimensionais. Por exemplo, um meio-cilindro dobra-se para trás e gera um formato que lembra uma flor.

"Nós programamos a formação dos formatos 3-D com esses padrões 2-D," explica Hart. "Nós descobrimos que o formato inicial influencia como as forças capilares mudam a geometria das estruturas. Algumas se dobram, outras retorcem, e nós podemos combinar esses movimentos da forma que quisermos."

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