Novo material que se repara sozinho

“A preguiça move o mundo”: Essa frase clichê faz muito sentido na engenharia de materiais também. Imagine se simplesmente não precisássemos mais reparar nada? Pouparia muito do nosso tempo, não é mesmo? Por isso materiais autorreparáveis já são estudados há algum tempo, porém recentemente foi desenvolvido um novo material que promete melhores propriedades mecânicas!

O material chamado de SAC (compósito auto-adaptável, na tradução literal) foi desenvolvido na Rice University que fica no estado do Texas nos Estados Unidos, e é feito pela mistura de dois polímeros com um solvente que evapora quando aquecido, criando então uma massa porosa com pequenas esferas. Assim como uma esponja, esse material consegue voltar a sua forma original quando é aplicada uma pressão.

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Material autorreparável

Isso é possível porque nesses materiais existem pequenas esferas de fluoreto de polivinilideno (PVDF) que encapsulam a maior parte do líquido presente no compósito. Já o polímero viscoso dimetilpolisiloxano (PDMS) reveste a superfície inteira. Essas esferas são extremamente resilientes, ou seja, possuem grande capacidade de voltar a sua forma original após sofrerem deformação elástica.

O líquido interno faz com que aumente sua viscoelasticidade (capacidade de absorver energia e regressar ao estado inicial), enquanto o revestimento serve para manter todas as esferas unidas. Assim as esferas possuem a liberdade de se movimentar conforme for aplicada uma força externa de compressão, unindo-se novamente.

Diferente desse método desenvolvido pelos pesquisadores da Rice, as pesquisas anteriores utilizavam como mecanismo de autorreparo catalisadores na forma de pó e pequenas cápsulas com monômero líquido, que seriam rompidas durante o processo. Para saber mais sobre esse processo você pode ler nosso outro post sobre materiais autorreparáveis.

Por mais que possua material em forma líquida, o compósito não possui a consistência gelatinosa e nem dá a impressão que contém qualquer líquido, mas sim é parecida com um cubinho de açúcar. Essa foi uma das principais preocupações do projeto, porque desejava-se um material robusto mecanicamente e não macio como os géis e ainda que pudesse alterar as frações líquidas e sólidas do material para se obter diferentes comportamentos mecânicos para diferentes aplicações.

E como esse material é fabricado?

O processamento começa com a mistura dos polímeros em forma de pó e de um líquido viscoso. Com a adição de um solvente e com aumento da temperatura controlada, o PDMS estabiliza-se e formam as esferas. Além disso, é possível produzi-lo em diferentes tamanhos, pois é limitado somente pelo tamanho do molde, sendo possível uma produção em escala.

No post abaixo dois pesquisadores falam um pouco mais sobre o material e mostram como o material funciona na prática.

 

Uma aplicação bem importante desses materiais é na confecção de asfaltos, que já vimos aqui!

Fonte:

Rice University

 

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Já conhece os polímeros que mudam de cor com a temperatura?

É cada vez mais comum e mais acessível a utilização em nosso cotidiano de materiais que sofrem uma alteração de cor estimulada por fatores externos, nos proporcionando conforto, aumentando a confiabilidade de produtos, melhorando aspectos estéticos ou mesmo a segurança de  componentes que compramos, etc.  Os materiais desta classe podem ser influenciados pela aplicação de pressão (piezocromismo), voltagem (eletrocromismo, lembram dos vidros que protegem os olhos de motoristas contra luz alta de faróis?), luz (fotocromismo) ou temperatura (termocromismo). O último desses fatores será o tema de nossa publicação de hoje:  termocromismo em polímeros!

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Fonte: Diseño de Interiores.

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Isopor feito com cogumelos?

Ao longo dos anos nos acostumamos cada vez mais com o uso de plásticos no nosso cotidiano. O isopor, que nada mais é do que o poliestireno expandido (EPS), encontramos na chegada dos nossos eletrodomésticos às nossas casas, na forma de embalagem, até no copo de café que compramos em qualquer lanchonete. O que muita gente não sabe é que estima-se que esse polímero leva por volta de 150 anos para se degradar, sendo que o utilizamos muitas vezes apenas durante minutos, além de ocupar aproximadamente 25% dos aterros sanitários. Ele também é um produto sintético, derivado do petróleo e que precisa de uma grande quantidade de energia na sua manufatura (um cubo com aresta de 33cm consome 1,5 litro de petróleo!), como muitos dos plásticos que somos habituados, e a sua reciclagem é cara, devido a baixa densidade do material e consequentemente grande volume, encarecendo o transporte.
Por isso, muitos pesquisadores estudam alternativas para o isopor. Uma dessas soluções foi encontrada pelo americano Eben Bayer da empresa Ecovative, que junto com sua equipe utilizou cogumelos para fazer um polímero que possua propriedades semelhantes ao poliestireno expandido.
Diferente dos polímeros industriais, que se transformam cada vez em menores partículas, o cogumelo está no ciclo de reciclagem natural do nosso planeta e por isso ele irá se decompor até mesmo em seu jardim, em um curto período de tempo. A parte do cogumelo utilizada para a produção do produto é o micélio, ela é utilizada no processo como uma cola, e essa propriedade dela permite que seja moldado como fazendo na indústria habitual. Além disso, ela torna o material isolante térmico e acústico, não inflamável, que resiste ao vapor e à umidade e com boa resistência ao impacto.
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A manufatura desses materiais pode ser divididades em 4 passos:
1. Selecionar a matéria-prima. Segundo o Eben, ela de preferencia tem que ser regional, por exemplo na China eles utilizam casca de arroz e na América do Norte utiliza-se casca de trigo ou aveia.
2. Preencher um molde com o formato que você deseja obter com o material.
3. Crescimento do micélio com essas partículas de matéria-prima. Nota-se que o organismo que trabalhará nessa etapa e não um equipamento.
4. Finalmente o produto! Ele pode ser embalagem ou um bloco de construção, por exemplo.
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Para ver como funciona a produção desde o desenvolvimento do material até se tornar um produto veja o vídeo abaixo:
Caso tenha um maior interesse sobre a empresa e o seu produto, você pode dar uma olhada no TEDTalk do seu co-fundador Eben Bayer em 2010.
Até a próxima semana!
Fontes:
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Você realmente conhece o Teflon?

No final dos anos 30 foi inventado pelo americano Roy J. Plunkett o politetrafluoretileno (PTFE), mais conhecido como Teflon e registrado pela companhia DuPont. Por mais que nós conheçamos ele geralmente por sua função antiaderente nas nossas panelas, a sua primeira aplicação foi bem diferente: A indústria bélica.
Durante a Segunda Guerra Mundial designers procuravam um material que fosse resistente aos componentes corrosivos das bombas e para essa aplicação eles utilizaram o PTFE. Apenas em 1954 dois engenheiros franceses descobriram que panelas revestidas desse material faziam com que a comida não grudasse nelas. Hoje, o Teflon possui inúmeras aplicações, como por exemplo na odontologia na área de regeneração óssea e tecidual e na medicina em forma de próteses. Além disso, pode ser utilizado para a fabricação de eletrodos e para a impermeabilização de tecidos.
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Para entender como esse material possui a propriedade antiaderente, temos que olhar primeiramente a sua estrutura química. O monômero do polímero, representado na figura abaixo, nos mostra que ao longo de todas as cadeias do PTFE existem apenas átomos de carbono e flúor.
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A forte ligação entre esses dois átomos pode ser explicada pela alta eletronegatividade do flúor.
Mas o que é eletronegatividade mesmo? Quando um átomo é muito eletronegativo há uma grande atração de elétrons por seu núcleo.
Através da tabela periódica abaixo, vemos que o flúor é o elemento mais eletronegativo. Por essa razão, as forças elétricas envolvidas nas moléculas, conhecidas como forças de Van der Waals, fazem com que os compostos contendo flúor repilam quaisquer átomos que se aproximem.
Por isso, é um material com grande estabilidade química em baixas temperaturas e que possui um dos menores coeficientes de atrito.
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Uma das grandes discussões hoje em questão é a toxicidade ou não do material. Sabemos que a pirólise do Teflon começa por volta de 220°C, porém cientistas acreditam que só fará mal à saúde se a temperatura em que o produto é exposto for maior do que 250°C. A pirólise gera alguns gases tóxicos como produtos da reação, alguns deles estão nessa lista. Esses podem ter diversos efeitos nos seres humanos e nos outros animais e podem até mesmo parecer com sintomas semelhantes aos do vírus da gripe.
Para termos uma noção, a carne é frita entre 200-232ºC e o ponto de fumo da maioria dos óleos é antes de 260°C. Por isso, é muito importante sabermos quais materiais podemos e não podemos usar em certas situações do nosso dia.
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