O metal mais leve do mundo

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.

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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.

Leia mais em:

Boeing – Lightest metal

Daily Mail

 

 

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O aerogel, as suas caraterísticas e a sua diversidade

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.

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2 gramas podem aguentar 2,5 kg. Imagem: NASA

O aerogel é um material sólido composto por até 99,98% de ar com densidades muito baixas (0,0011 até 0,5 g/cm3). Possui porosidade aberta e nanoestruturas. Os estudos mais aprofundados de aerogéis começaram há cerca de 25 anos e em 1998 esse material foi utilizado numa missão espacial na nave Stardust da NASA para coletar partículas menores que um tamanho de grão e mais velozes do que um tiro de rifle e ainda manter a integridade da amostra.

Os aerogéis geralmente são feitos a partir de géis de sílica através do processo de secagem supercrítica, que consiste na passagem direta da substância de líquido para gasoso, passando pela região subcrítica de um diagrama de fases, como no diagrama abaixo que é correspondente ao dióxido de carbono. No estado supercrítico um fluido não danificará a estrutura em seu redor quando passa pela transformação de fases, pois este não possui forças de capilaridade. Caso essa transformação seja realizada pelo simples processo de evaporação, a estrutura da parcela sólida pode ser comprometida. Assim o processo consiste em fazer o líquido chegar no estado subcrítico e então com a redução na pressão faz com que ele se transforme em gás.

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Diagrama de fase dióxido de carbono

Esses materiais além de serem muito resistentes eles possuem uma alta absorção de líquidos, são isolantes térmicos (39x mais isolante que a melhor fibra de vidro do mercado) e podem ser produzido utilizando uma grande variedade de materiais. O vídeo abaixo mostra o quão dessecante o aerogel é.

Na Escola Politécnica de Zurique foi criado um aerogel feito com ouro 20 quilates (liga com aprox. 83% de ouro), que é cerca de 1000 vezes mais leve do que um pedaço de ouro comum com as mesmas dimensões. Esse material foi feito através do aquecimento das proteínas do leite para transformá-las em fibras nanométricas e da adição delas em uma solução de sais de ouro. As fibras entrelaçam-se criando uma estrutura e o ouro cristaliza aderindo às fibras. Após esse processo a secagem foi realizada utilizando dióxido de carbono.

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Aerogel de ouro 20 quilates. Imagem: Gustav Nyström/Raffaele Mezzenga/ETH Zurich

Outro tipo de aerogel é o aerografite, considerado um dos materiais mais leves do mundo (o mais leve é microlattice), com apenas 0,2 miligrama por centímetro cúbico. Ele foi criado nas universidades de Hamburg e Kiel na Alemanha e possui inúmeras propriedades bem interessantes: eletricamente condutor, estável em condições ambientes, dúctil, elástico, absorve quase toda a luz incidida, é resiliente e pode ser comprimido até 95% e retornar ao seu formato inicial. Uma aplicação para esse material seria em baterias de computadores e celulares de íons de lítio.

Já foram utilizados aerogéis como isolante térmico em sacos de dormir militares, como revestimento interno de sapatos especiais para a neve, em raquetes de tênis e squash e também como isolante térmico em trajes espaciais para aeronautas.

Quais outras aplicações você imaginou para o aerogel?

Esse texto foi escrito com base em:

JPL – NASA

Aerogel – Ouro mais leve do mundo

Material mais leve do mundo

Tecmundo – Aerogel

Estado supercrítico

 

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7 materiais futuristas que já existem!

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?

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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.

Espumas metálicas

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Fonte imagem

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

Metamateriais

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Fonte imagem

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.

E-textiles

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Fonte imagem

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:

Tecnomundo – Aerogel

Nanotubos de carbono

Metal Foams

Alumina transparente

Forbes – Tecido inteligente

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