Já falamos aqui quão incrível é o Aerogel. Agora imagina um material menos denso do que o aerogel mais raro e com 99,99% de ar na sua estrutura. Parece loucura, não? Esse material é chamado de microlattice, foi desenvolvido pela Boeing, possui uma estrutura 3D com porosidade aberta e possui paredes com espessura de 100 nm (1000 vezes mais finas do que um fio de cabelo). O protótipo foi realizado com uma liga de níquel com fósforo através do processo de reprodução através de um molde polimérico.
As espumas metálicas em geral podem ser produzidas através de diversos processos, podem ser feitas através da injeção de gases para formar a porosidade; da adição de um agente de sacrifício, que consiste na adição de um elemento que vai se decompor durante a fusão e vai formar gases; da utilização de materiais sólidos de enchimento (como polímeros), que posteriormente serão queimados, formando a estrutura desejada; solidificação eutética sólido-gás (fusão do metal numa atmosfera de hidrogênio, seguida de arrefecimento no ponto eutético, onde o hidrogênio fica como a fase gasosa do metal); entre outros.
A sua estrutura pode ser comparada a de um osso, que é um material celular com grande porosidade internamente e rígido por fora. Assim é possível obter um material com duas propriedades muito interessantes: leves e podem resistir a forças externas consideráveis. Além disso, o material pode retornar à sua forma original mesmo depois de 50% de deformação.
Por fim de comparação, podemos considerar o seguinte experimento: Alunos devem derrubar um ovo numa altura de um prédio de 25 andares sem quebrar. Provavelmente eles irão embrulhar o ovo em inúmeras camadas de plástico bolha. Porém um jeito melhor de proteger o ovo seria utilizar o microlaticce. Pois com o plástico, seria necessário aproximadamente um metro de material, já com a espuma metálica necessitaria uma quantidade muito menor.
A principal aplicação desse material é a utilização em estruturas, como nas de avião, o que manteria a alta resistência necessária, mas também diminuiria o peso do avião, fazendo-o mais energeticamente eficiente, reduzindo a quantidade de combustível utilizado e consequentemente o custo de uma viagem aérea.
Aqui no blog já falamos sobre materiais que parecem típicos de filmes de ficção científica (aqui) e um dos mencionados foi o aerogel. Na realidade, esse material não tem nada de futurista, pois existe desde 1930 quando Steven Kistler substituiu a água presente em uma gelatina por um gás.
Sabe aqueles materiais que são típicos de ficção científica? Pois é, a engenharia de materiais os torna realidade. Selecionamos 7 materiais que parecem não existir, mas já estão ou logo estarão presentes nas nossas vidas.
Aerogel
Em 1931 já se falava desse grupo de materiais, mas foi apenas há 25 anos que realmente os cientistas começaram a se interessar por eles. O aerogel é uma espuma geralmente feita de géis de alumina e que 99,8% do seu volume consiste em espaços aparentemente vazios, que na verdade são preenchidos por ar.
Umas das características mais interessantes desse material é que ele aguenta uma carga de compressão que pode ser igual até 4 mil vezes o seu próprio peso e além disso é um ótimo isolante térmico. Na foto abaixo, por exemplo, o aerogel separa a flor de uma chama que pode chegar a 1100 graus celsius, incrível não?
Aerogel utilizado como isolante térmico. Fonte imagem
Assim, a aplicação desse material varia muito e vai desde a sua utilização em missões espaciais até na utilização de limpeza de manchas de óleos em oceanos.
Nanotubos de carbono
Os nanotubos de carbono são basicamente folhas de grafeno (que já falamos dele aqui e aqui!) enroladas que formam uma peça cilíndrica com diâmetro de aproximadamente 1 nm. Assim, dependendo da forma com que estão enrolados e então da forma que os átomos de carbono estão dispostos, o material pode ser condutor ou semicondutor. Vale relembrar que é um material 200 vezes mais resistente que o aço e é até 1000 vezes mais eficaz no transporte de energia ao ser comparado com os fios de cobre. As aplicações mais desejáveis para esses materiais é na produção de nano-processadores e na transmissão eficiente de energia.
Essas espumas são formadas quando por exemplo é adicionado ao alumínio fundido um agente formador de poros, que é um pó de TiH2, mas podem ser feitos de outros tipos de materiais também. O volume dos poros nesse material está em torno de 75-95%, ou seja, é um material muito leve e pouco condutor, mas é muito resistente. Esses materiais podem ser utilizados para diminuir o peso e absorver o impacto em carros, também são utilizados em dispositivos médicos e em filtros
Os metamateriais são aqueles que possuem propriedades não encontradas na natureza, ou seja, apenas podem ser produzidos artificialmente e elas dependem muito da estrutura dele e não tanto da sua composição química. Através de pesquisas já foram desenvolvidos materiais com índice de refração negativo, uma cerâmica que após ser comprimida em 50% volta ao seu estado inicial e até mantos de invisibilidade eletromagnética e acústica. Você também pode ler mais no nosso post só sobre metamateriais.
Alumina Transparente
Já imaginou um material 3 vezes mais resistente que o metal, 85% mais dura que a safira e ainda transparente? Esse é o caso dessa alumina, que é uma cerâmica policristalina conhecida também como oxinitrato de alumínio que até já apareceu em um dos filmes antigos do Star Trek. Ela foi desevolvida primeiramente pelos Estados Unidos com o intuito de ser utilizada como janelas em veículos blindados. Existem rumores que a Microsoft utilizaria na confecção de smartwatch, por ser muito mais resistente que o Gorilla Glass. Os grandes desafios do desenvolvimento desse material é evitar microporos, ter um maior controle sobre os contornos de grãos e minimizar o número de impurezas.
Não é nenhuma novidade que os wearables estão em alta, mas ainda não estamos acostumados a ver tecidos eletrônicos. Eles simplesmente são tecidos com componentes eletrônicos, que além de serem utilizados para fins estéticos, poderão auxiliar na regulagem de temperatura do corpo, reduzir a resistência ao ar ou até mesmo controlar a vibração muscular. Assim, ajudará muito na performance de atletas e pode ser utilizada também para fins militares. Além disso poderá proteger nosso corpo contra radiação e até mesmo dos efeitos das viagens espaciais.
Liquid metals
São os famosos metais amorfos, que são chamados dessa maneira não por estarem líquidos em temperatura ambiente, mas sim pela forma que as suas moléculas se comportam. Esse material possui também inúmeras propriedades como por exemplo, ele é 2,5x mais resistente do que o titânio; tem dureza 1,5x maior do que um aço inoxidável; é 2-3 vezes mais resistente à deformações plásticas do que um aço comum; não é corrosivo; possui alta condutividade térmica e elétrica. O vídeo abaixo mostra quão mais elástico ele é comparado com metais comuns.
E você, quais materiais adicionaria nessa lista?
Você pode ler mais sobre eles nas fontes utilizadas:
