Criado tecido inédito feito inteiramente de cristais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/12/2023

Amostras dos tecidos cristalinos fabricados pela equipe.
[Imagem: Linfeng Lan et al. - 10.1038/s41467-023-43084-7]

Cristais orgânicos

A tecelagem é um dos ofícios mais antigos conhecidos pela humanidade, mas os tecidos têm historicamente sido feitos a partir de fibras amorfas, vegetais ou animais. Mas que tal fazer tecidos de cristais?

Esta foi a ideia de Linfeng Lan e colegas da Universidade de Nova York de Abu Dhabi, nos Emirados Árabes Unidos.

Não parece uma boa ideia a princípio, já que os cristais são conhecidos por serem materiais rígidos e quebradiços, mas uma classe especial deles, os cristais orgânicos, pode assumir propriedades elásticas extraordinárias se forem fabricados nas dimensões adequadas.

Quando os cristais orgânicos têm a proporção de aspecto apropriada, eles se tornam extremamente versáteis, podendo ser dobrados, enrolados ou torcidos. Acredita-se que essa flexibilidade contra-intuitiva esteja associada com as fracas interações intermoleculares dos cristais orgânicos, que podem suportar grandes tensões sem fraturar.

Cristais orgânicos são aqueles formados por moléculas contendo carbono e hidrogênio, e isso inclui desde os cristais líquidos usados nas telas, até alguns plásticos (nem todos os polímeros são cristais orgânicos) e mesmo o diamante, que é formado só de carbono. Mas é claro que não é viável fabricar estruturas unidimensionais com qualquer um deles, já que a tecelagem tipicamente requer coisas ao menos similares a fios.

Para demonstrar que valia a pena apostar na construção de tecidos cristalinos, a equipe não foi muito seletiva, escolhendo quatro compostos químicos de diferentes tipos - composições químicas não relacionadas - que formam estruturas cristalinas. E deu certo.

Como qualquer tecido, os tecidos cristalinos podem ser fabricados em diversas tramas - e ficam flexíveis como malha, sarja e até cetim.
[Imagem: Linfeng Lan et al. - 10.1038/s41467-023-43084-7]

Tecido cristalino

Como os cristais orgânicos escolhidos geraram fios inerentemente flexíveis, os pesquisadores descobriram que os tecidos não são apenas leves como malhas ou cetim, mas também robustos ao impacto mecânico: Eles são mais de 15 vezes mais resistentes à falha em comparação com os cristais individuais, refletindo a ação coletiva das unidades moleculares unidimensionais em resposta à flexão ou outros impactos.

Além disso, esta forma única e inédita de têxtil cristalino gerou estruturas planares flexíveis e integradas que são incrivelmente fortes - cerca de 20 vezes mais fortes do que os cristais originais - e resistentes a baixas temperaturas.

Os pesquisadores também relatam que a estabilidade térmica do novo tecido cristalino é outra vantagem impressionante dos cristais flexíveis. Embora a estabilidade térmica dependa dos cristais reais usados na tecelagem, os panos construídos com alguns desses cristais permanecem flexíveis em uma faixa de temperatura de cerca de 350 ºC (entre -196 e 150 ºC), o que é mais do que muitos polímeros ou elastômeros, que normalmente se tornam quebradiços abaixo da temperatura de transição vítrea.

Como esperado, o tecido de cristais mantém-se opticamente transmissivo, abrindo a possibilidade de usá-lo para construir redes de guias de ondas ópticas que podem realizar operações lógicas por excitação seletiva a laser dos cristais componentes - os pesquisadores demonstraram essa característica na prática, criando arranjos ópticos de cristais tecidos que executam funções lógicas simples.

As propriedades ópticas e mecânicas dos tecidos de cristais abrem inúmeras possibilidades de aplicação.
[Imagem: Linfeng Lan et al. - 10.1038/s41467-023-43084-7]

Múltiplas aplicações

Os resultados foram melhores do que o esperado, o que faz a equipe acenar com uma série de aplicações potenciais interessantes para os tecidos cristalinos.

Além da eletrônica flexível, que pode ir de sensores a matrizes ópticas e até processadores simples, como o demonstrado pela equipe, as características do material o tornam capaz de resistir a condições extremas, como as baixas temperaturas encontradas na exploração espacial.

"Até recentemente, os cristais orgânicos eram considerados rígidos e frágeis; no entanto, a constatação de que eles podem ter propriedades elásticas extraordinárias mudou esse paradigma, não só acrescentando uma nova faceta ao seu conjunto único de propriedades, mas também revelando uma nova direção inexplorada na ciência dos materiais. Nosso novo conceito de uso de cristais como base para um tecido abre uma gama interessante de oportunidades para combinar esses cristais tecidos com outros materiais para um número incontável de aplicações tecnológicas," disse o professor Pance Naumov.

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