Filme polimérico que muda de cor quando dobrado

A natureza é uma grande fonte de inspiração e de análise pelos cientistas. Os materiais bioinspirados são aqueles, como o nome já diz, que imitam os materiais provenientes da natureza e suas estruturas, mas são produzidos artificialmente. Lembra dos materiais luminescentes bioinspirados que falamos neste post? No caso que falaremos hoje, não foi exatamente isso o que aconteceu, pois os engenheiros começaram a produzir o material antes mesmo de se ter conhecimento de como os camaleões, exemplo típico da natureza de mudança de cor, mudam de cor, mas criaram um sistema muito semelhante a eles.

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Primeiro é muito importante entender como ocorre o fenômeno de absorção e reflexão que permite que a gente veja determinada cor. Considerando uma superfície qualquer: A composição química única da superfície absorve vários comprimentos de onda de luz, os que não são absorvidos são refletidos de volta. Dependendo dos tamanhos do comprimento das ondas refletidas, vamos enxergar uma cor específica do objeto. Assim, quanto menores eles forem mais azulado o material vai ser e quanto maior mais avermelhado. Quando uma folha de árvore, por exemplo, muda do verde para uma tonalidade alaranjada no outono, está ocorrendo uma alteração na composição química da folha.

Esse ano pesquisadores da Suíça revelaram que não é através da alteração da composição química que ocorre a mudança de cor nos camaleões, mas sim que eles mudam a forma com que os componentes da pele refletem a luz. O mecanismo consiste em alterar o equilíbrio de sal de algumas células específicas, o que faz com que aumente a absorção de água, aumentando a distância entre os cristais que estão organizados numa estrutura 3D. Dessa forma, é refletido um comprimento de onda de luz maior.

A Universidade de Berkeley criou um filme polimérico que muda de cor quando deformado, que funciona de forma muito semelhante ao sistema do camaleão. Para fazer isso eles fizeram gravações num filme de silício, menores que o comprimento de onda da luz, que permitem selecionar quais as cores que o material poderá refletir, dependendo de como ele for deformado. Então, o incorporaram dentro de um filme plástico. Quando ele é dobrado, fletido, esticado ou curvado, a distância entre os feixes será alterada, produzindo alterações na cor. O material funcionou tão bem que refletiu 83% da luz incidida.

Além de serem utilizados como sinalizadores de possíveis defeitos e deformações em componentes mecânicos, acredita-se que esses materiais teriam grande aplicação em telas com alta eficiência de energia, como por exemplo nos e-readers e em outros eletrônicos. As telas coloridas de dispositivos eletrônicos como os iPads e Kindle consomem muito a bateria, pois eles utilizam energia para forçar elementos da tela para emitir tais cores. Seria muito interessante ganhar umas horas a mais de bateria, não é mesmo?

No blog já falamos sobre os polímeros que mudam de cor conforme a temperatura é alterada, para relembrar dele clique aqui!

Fonte:

Sciencemag

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Nova família de materiais luminescentes

Os materiais luminescentes são bem utilizados no nosso cotidiano, por exemplo em sinalizações de saída de emergência ou na sinalização de trânsito. Esse fenômeno pode ocorrer em qualquer estado da matéria e é relacionado com a capacidade do material de emitir luz através de uma reação química, radiação ionizante ou até mesmo por meio de uma emissão de luz. A transferência ou absorção de energia se dá através de um íon de espécie ativadora, que quando excitado sofre decaimento e então emite radiação de menor energia que a fonte incidente. O que também pode ocorrer é que o íon ativador não é capaz de absorver a energia de excitação direta, então para absorver essa energia será utilizado um íon sensibilizador.

Cientistas do MIT desenvolveram uma família de materiais bioinspirados luminescentes que emitem precisamente cores controladas (até mesmo o branco) e cuja emissão pode ser ajustada conforme a variação das condições do ambiente. Esses materiais consistem em um metallogel, que é um polímero metálico feito de metais de terras raras, pois eles apresentam grande rendimento quântico, e que no caso é feito com lantanídeo. O princípio de emissão de luz pode ser ajustado conforme estimulos químicos, mecânicos ou até mesmo térmicos, assim eles podem identificar a presença de alguma substância ou situação particular. Isso é possível através da combinação do lantanídeo com o polímero polietilenoglicol. Dessa forma eles podem detectar toxinas, poluentes e elementos patogênicos através das diferentes emissões de luz quando em contato com essas substâncias.

Outra aplicação desses incríveis materiais é na detectação de tensão em sistemas mecânicos. Esse material pode ser aplicado em forma de gel ou como um revestimento nas estruturas, então antes que a falha ocorra, ele irá identificá-la. Além disso, esses materiais compósitos são capazes de auto-montagem e auto-regeneração e podem ser utilizados em casos que necessite de absorção de energia sem fraturar, como em implantes biológicos.

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Materiais luminescentes produzidos pelo MIT. Fonte imagem

E por que eles são bioinspirados?

Bom, o engenheiro de materiais Niels Holten-Andersen disse que ele procura usar os truques presentes na natureza para projetar polímeros que sejam bioinspirados e esses materiais luminescentes não deixam de ser um caso, porque ele se baseou nos organismos presentes no oceano.

Um grande centro no Brasil que trabalha com materiais luminescentes é o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) que é ligado à USP. Nele o químico Everton Bonturim desenvolve materiais com luminescência persistente, que é o fenômeno no qual continuam emitindo luz por minutos ou até mesmo horas depois de cessada a excitação e quando o sistema absorve energia térmica a energia dele será liberada. E o principal diferencial dessa pesquisa feita por Bonturim é que ele estuda as propriedades que esses materiais terão em escala nanométricas para serem agregados em materiais como polímeros e sílica. Como já falado anteriormente, são utilizados metais de terras raras nesse sistema e os três tipos presentes na pesquisa do IPEN são o térbio (Tb), európio (Eu), e túlio (Tm).

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Material luminescente. Fonte imagem

A aplicação mais provável para eles é transforma-los em marcadores biológicos, que permitem a identificação de substratos e são úteis no diagnóstico de doenças. Além disso são utilizados na área de segurança ao serem utilizados em células e documentos.

Você conhece mais algum centro de pesquisa que trabalha com materiais luminescentes ou alguma outra aplicação? Não deixe de compartilhar com a gente!

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Luminescência

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