NASA fabrica fibras de um dos materiais mais duros do mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/12/2009

Moeda suspensa por um fio tecido com as novas fibras de material super duro.
[Imagem: DOE's Jefferson Lab]

Imagine um material virtualmente tão duro quanto o diamante, só que mais resistente a altas temperaturas, e que esteja disponível na forma de fios flexíveis, que possam ser tecidos na forma de roupas para proteção, para revestir naves espaciais ou para recobrir qualquer peça, em qualquer formato.

Essa possibilidade acaba de ser demonstrada, com o desenvolvimento de uma técnica que permite fiar um dos materiais mais duros disponíveis atualmente.

Nitreto de boro

Procure por materiais duros, daqueles que se aproximam da dureza do diamante, e certamente você encontrará o boro entre eles. Mais especificamente, o nitreto de boro.

O nitreto de boro é um composto onde boro e nitrogênio se unem somente por ligações covalentes. Ele não conduz eletricidade, mas conduz calor tão bem quanto os metais. É um pouco menos duro do que o diamante, mas mais estável, mantendo a dureza até 2.000 ºC, enquanto o diamante desfaz-se em grafite a cerca de 900 ºC.

Fios ultraduros

O nitreto de boro, ao ser sintetizado, tem a forma de um pó branco, que pode ser usado para fabricar cerâmicas extremamente duras, com várias aplicações industriais.

Materiais ultraduros são importantes para fabricação e revestimento de ferramentas, como proteção em escudos e roupas à prova de balas, no revestimento de peças industriais sujeitas a forte abrasão, como protetores contra radiação e contra o choque de micrometeoritos no espaço, apenas para citar algumas aplicações.

Agora, imagine dispor desse mesmo material, com as mesmas propriedades, na forma de fios. Fios podem ser tecidos nos mais diversos formatos e com total flexibilidade. Eles podem ser incorporados em resinas para formar peças complexas. Enfim, as aplicações industriais são incontáveis.

Nanotubos de nitreto de boro

Foi justamente isso o que conseguiram cientistas de vários laboratórios, trabalhando sob a coordenação do Centro de Pesquisas Langley, da NASA.

Os cientistas desenvolveram uma técnica para sintetizar nanotubos de nitreto de boro de alta qualidade. Os nanotubos são altamente cristalinos, sem impurezas, extremamente finos e muito resistentes.

É possível usar as técnicas comuns de tecelagem para unir os nanotubos do material super duro em fibras e tecidos, para fabricar coisas como coletes à prova de balas e células solares.
[Imagem: Smith et al./Nanotechnology]

"Eles são grandes e macios, parecidos com tecido," explica Kevin Jordan, um dos responsáveis pela pesquisa. "Isto significa que você pode usar as técnicas comuns de tecelagem para uni-los em fibras e tecidos, para fabricar coisas como coletes à prova de balas e células solares."

Embora sejam nanotubos, eles são grandes o suficiente para serem tecidos em fibras macroscópicas. Neste primeiro experimento, os cientistas produziram fibras de alguns centímetros de comprimento e 1 milímetro de diâmetro.

Método vapor/condensador pressurizado

Para fabricar os nanotubos de nitreto de boro, os cientistas dispararam um feixe de laser sobre uma amostra de boro no interior de uma câmara de pressão cheia de nitrogênio. O laser vaporiza o alvo, formando uma nuvem de gás de boro.

Um condensador, um fio de metal resfriado, é inserido no meio da nuvem de boro, resfriando-o e causando a formação de gotas. Essas gotas combinam-se com o nitrogênio e formam os nanotubos de nitreto de boro espontaneamente, sem necessidade de nenhuma manipulação adicional.

A técnica de fabricação foi chamada de método vapor/condensador pressurizado (PVC - pressurized Vapor/Condenser).

Estudos práticos

Os pesquisadores afirmam que o próximo passo será testar as propriedades das fibras de nitreto de boro para determinar os melhores usos potenciais para o novo material. Eles também estão trabalhando para otimizar o processo de produção e aumentar a quantidade produzida em cada lote.

"A teoria nos garante que esses nanotubos de nitreto de boro têm aplicações no campo da energia, das aplicações biomédicas e, obviamente, aplicações aeroespaciais," disse Jordan.

Como somente agora começarão as pesquisas voltadas às aplicações práticas, é normal que algumas dessas possibilidades sejam descartadas conforme o material seja mais conhecido. Mas outras possam surgir.

"Algumas aplicações valerão a pena o esforço, outras não," afirma Mike Smith. "Mas nós não saberemos disso até que possamos colocar o material em boas quantidades nas mãos de outros pesquisadores."

Mais tópicos