Vidros resistentes demais podem se quebrar catastroficamente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/09/2012

Uma nova teoria permite calcular a resistência máxima de um vidro. Mas é bom não fazê-lo superar os 50% do máximo teórico.
[Imagem: Peter Wolynes Lab]

Vidros superfortes

Vidros são resistentes o suficiente para janelas e pára-brisas, mas podem ser muito melhores.

Na verdade, os vidros podem ser até duas vezes mais resistentes do que os melhores fabricados até hoje.

É o que demonstraram Apiwat Wisitsorasak e Peter Wolynes, da Universidade Rice, nos Estados Unidos.

Segundo eles, usando as últimas técnicas desenvolvidas pela microeletrônica e pela nanotecnologia, é possível produzir vidros muito mais fortes.

A técnica é conhecida como deposição de vapor químico, e é largamente utilizada para a deposição de substâncias em camadas muito finas.

Estrutura molecular do vidro

Partindo de um modelo sobre a formação dos vidros, criado pelo próprio Wolynes há cerca de 10 anos, a dupla conseguiu elaborar um método capaz de prever a resistência máxima de um material vítreo.

Isso inclui desde os vidros comuns ou os vidros de cristal - com seu aspecto transparente e quebradiço - até os tipos mais exóticos, feitos de polímeros e até de metais, os chamados vidros metálicos, que são moldáveis como plástico, mais fortes do que o aço e são candidatos para uso na fabricação de asas de aviões.

• Desvendado o mistério dos vidros metálicos

Um vidro é um tipo de material único por causa de sua estrutura molecular estranha: ele como que "congela" quando esfria, mas, ao contrário do gelo, por exemplo, onde as moléculas de água assumem padrões cristalinos estáveis, no vidro as moléculas ficam suspensas aleatoriamente, como se o vidro fosse um líquido.

O que determina a resistência final do vidro é a força das ligações entre essas moléculas individuais, dispostas randomicamente.

Física dos vidros

A tensão máxima que um vidro pode suportar é determinada pela energia que ele consegue absorver antes que suas qualidades elásticas atinjam seu limite. E isso parece ser uma propriedade determinada não apenas pelo material de que o vidro é feito, mas também da forma como ele é fabricado.

Por incrível que possa parecer, a física dos vidros é um campo de intenso debate, estando longe de haver um consenso sobre o que ocorre quando os vidros esfriam, ou seja, na sua transição de líquido para sólido, uma vez que eles solidificam, mas continuam com jeitão de líquido.

Assim, o processo de fabricação dos vidros é largamente empírico, havendo temperaturas bem definidas para o resfriamento de cada tipo de material.

O que os pesquisadores agora demonstraram é que as propriedades elásticas do vidro, e sua energia configuracional (as forças positivas e negativas entre as moléculas), mantidas "congeladas" no processo de resfriamento, podem ser usadas para determinar a resistência teórica máxima do vidro.

Se for endurecido ao ponto de sua quase indestrutibilidade, o vidro ainda assim poderá ser destruído, o que pode ter um efeito dramático.
[Imagem: Wikimedia/Nevit Dilmen]

Vidro ideal

"A boa notícia é, de acordo com a nossa teoria, se você puder fazer um material que esteja o mais perto possível do vidro ideal - um vidro que você obteria se o resfriasse de forma infinitamente lenta - então você seria capaz de aumentar a sua resistência," diz o pesquisador.

Mas as técnicas de fabricação atuais, refinadas ao longo de séculos, estão muito próximas do seu limite, e qualquer melhoria exigiria aumentos no tempo ou nos custos que subiriam de forma exponencial para cada unidade adicional de força obtida nos vidros.

A saída está na deposição por vapor químico. "Você precisará ajustar a taxa de deposição [do material] para obter a melhor transição líquido/vidro," diz Wolynes.

Quebra catastrófica

Segundo os dois pesquisadores, este método de fabricação permitirá a obtenção de um vidro com metade da resistência teórica máxima - mas com o dobro da resistência intrínseca dos vidros atuais.

Mesmo os vidros metálicos, como o famoso LiquidMetal, licenciado pela Apple para seus produtos de consumo, têm apenas 25% da sua resistência teórica máxima.

Mas essa incapacidade de atingir o máximo teórico é uma boa notícia, segundo o pesquisador.

O problema é que, mesmo se for endurecido ao ponto de sua quase indestrutibilidade, o vidro ainda assim poderá ser destruído, o que pode ter um efeito dramático.

"Há um pequeno problema se você fabricar algo que seja muito forte, mas que possa eventualmente se quebrar. Ele conterá uma quantidade enorme de energia, por isso, quando se quebrar, ele vai se quebrar catastroficamente," ensina Wolynes.

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