p O aerogel é um excelente isolante térmico. Até aqui, Contudo, tem sido usado principalmente em grande escala, por exemplo, em tecnologia ambiental, em experimentos físicos ou em catálise industrial. Os pesquisadores da Empa agora conseguiram tornar os aerogéis acessíveis à microeletrônica e à engenharia de precisão:um artigo na última edição da revista científica Natureza mostra como peças impressas em 3D feitas de aerogéis de sílica e materiais compostos de sílica podem ser fabricadas com alta precisão. Isso abre inúmeras novas possibilidades de aplicação na indústria de alta tecnologia, por exemplo, em microeletrônica, robótica, biotecnologia e tecnologia de sensores. p Por trás da manchete simples "Fabricação aditiva de aerogéis de sílica", o artigo foi publicado em 20 de julho na renomada revista científica Natureza —Um desenvolvimento inovador está oculto. Os aerogéis de sílica são leves, espumas porosas que proporcionam excelente isolamento térmico. Na prática, eles também são conhecidos por seu comportamento frágil, É por isso que geralmente são reforçados com fibras ou com orgânicos ou biopolímeros para aplicações em grande escala. Devido ao seu comportamento de fratura frágil, também não é possível serrar ou moer pequenos pedaços de um bloco de aerogel maior. A solidificação direta do gel em moldes miniaturizados também não é confiável - o que resulta em altas taxas de refugo. É por isso que os aerogéis dificilmente podem ser usados ​​para aplicações em pequena escala.

p Estábulo, microestruturas bem formadas

p A equipe Empa liderada por Shanyu Zhao, Gilberto Siqueira, Wim Malfait e Matthias Koebel agora conseguiram produzir estábulos, microestruturas bem formadas de aerogel de sílica usando uma impressora 3-D. As estruturas impressas podem ter até um décimo de milímetro. A condutividade térmica do aerogel de sílica é pouco inferior a 16 mW / (m * K) - apenas metade da do poliestireno e ainda significativamente menor do que a de uma camada imóvel de ar, 26 mW / (m * K). Ao mesmo tempo, o novo aerogel de sílica impresso tem propriedades mecânicas ainda melhores e pode até mesmo ser perfurado e moído. Isso abre possibilidades completamente novas para o pós-processamento de moldes de aerogel impressos em 3D.

p Com o método, para o qual um pedido de patente já foi depositado, é possível ajustar com precisão as propriedades de fluxo e solidificação da tinta de sílica a partir da qual o aerogel é posteriormente produzido, de modo que as estruturas autossustentáveis ​​e as membranas finas como bolacha possam ser impressas. Como um exemplo de estruturas pendentes, os pesquisadores imprimiram folhas e flores de uma flor de lótus. O objeto de teste flutua na superfície da água devido às propriedades hidrofóbicas e à baixa densidade do aerogel de sílica - exatamente como seu modelo natural. A nova tecnologia também possibilita, pela primeira vez, a impressão de microestruturas multimateriais 3-D complexas.

p Materiais de isolamento para microtecnologia e medicina

p Com tais estruturas, agora é comparativamente trivial isolar termicamente até mesmo os menores componentes eletrônicos uns dos outros. Os pesquisadores conseguiram demonstrar a blindagem térmica de um componente sensível à temperatura e o gerenciamento térmico de um "ponto quente" local de uma forma impressionante. Outra aplicação possível é a blindagem de fontes de calor dentro de implantes médicos, que não deve exceder uma temperatura superficial de 37 graus, a fim de proteger o tecido corporal.

p Uma membrana de aerogel funcional

p A impressão 3D permite que combinações multicamadas / multimateriais sejam produzidas de forma muito mais confiável e reproduzível. Novas estruturas finas de aerogel tornam-se viáveis ​​e abrem novas soluções técnicas, como um segundo exemplo de aplicação mostra:Usando uma membrana de aerogel impressa, os pesquisadores construíram uma bomba de gás "termo-molecular". Esta bomba de permeação funciona sem nenhuma peça móvel e também é conhecida pela comunidade técnica como uma bomba Knudsen, em homenagem ao físico dinamarquês Martin Knudsen. O princípio de operação é baseado no transporte restrito de gás em uma rede de poros em nanoescala ou canais unidimensionais cujas paredes são quentes em uma extremidade e frias na outra. A equipe construiu essa bomba de aerogel, que foi dopado em um lado com nanopartículas de óxido de manganês preto. Quando esta bomba é colocada sob uma fonte de luz, fica quente no lado escuro e começa a bombear gases ou vapores de solvente.

p Purificação do ar sem partes móveis

p Essas aplicações mostram as possibilidades da impressão 3-D de uma maneira impressionante:a impressão 3-D transforma o aerogel de alto desempenho em um material de construção para membranas funcionais que podem ser rapidamente modificadas para se adequar a uma ampla gama de aplicações. A bomba Knudsen, que é impulsionado exclusivamente pela luz solar, pode fazer mais do que apenas bombear:se o ar estiver contaminado com um poluente ou uma toxina ambiental, como o solvente tolueno, o ar pode circular várias vezes pela membrana e o poluente é decomposto quimicamente por uma reação catalisada pelas nanopartículas de óxido de manganês. Tão movido a sol, As soluções autocatalíticas são particularmente atraentes no campo da análise e purificação do ar em uma escala muito pequena por causa de sua simplicidade e durabilidade.

p Os pesquisadores da Empa agora procuram parceiros industriais que queiram integrar estruturas de aerogel impressas em 3D em novas aplicações de alta tecnologia.