p (Phys.org) —Uma equipe de químicos e engenheiros de Stanford criou o primeiro material sintético que é sensível ao toque e capaz de se curar rápida e repetidamente em temperatura ambiente. O avanço pode levar a próteses mais inteligentes ou aparelhos eletrônicos pessoais mais resistentes que se auto-reparam. p Ninguém conhece as propriedades notáveis ​​da pele humana como os pesquisadores que lutam para imitá-la. Não só a nossa pele é sensível, enviando ao cérebro informações precisas sobre pressão e temperatura, mas também cura com eficiência para preservar uma barreira protetora contra o mundo. Combinar esses dois recursos em um único material sintético apresentou um desafio empolgante para o professor de engenharia química de Stanford, Zhenan Bao, e sua equipe.

p Agora, eles conseguiram fazer o primeiro material que pode sentir a pressão sutil e se curar quando rasgado ou cortado. Suas descobertas serão publicadas no dia 11 de novembro na revista Nature Nanotechnology .

p Na última década, houve grandes avanços na pele sintética, disse Bao, o investigador principal do estudo, mas mesmo os materiais de autocura mais eficazes tinham grandes desvantagens. Alguns tiveram que ser expostos a altas temperaturas, tornando-os impraticáveis ​​para o uso diário. Outros podem curar em temperatura ambiente, mas reparar um corte mudou sua estrutura mecânica ou química, então eles só poderiam se curar uma vez. Mais importante, nenhum material de autocura era um bom condutor de eletricidade em massa, uma propriedade crucial.

p "Para fazer a interface desse tipo de material com o mundo digital, idealmente, você deseja que sejam condutores, "disse Benjamin Chee-Keong Tee, primeiro autor do artigo.

p Uma nova receita

p Os pesquisadores conseguiram combinar dois ingredientes para obter o que Bao chama de "o melhor dos dois mundos" - a capacidade de autocura de um polímero plástico e a condutividade de um metal.

p Eles começaram com um plástico consistindo de longas cadeias de moléculas unidas por ligações de hidrogênio - as atrações relativamente fracas entre a região carregada positivamente de um átomo e a região carregada negativamente do próximo.

p "Essas ligações dinâmicas permitem que o material se autocure, "disse Chao Wang, um co-primeiro autor da pesquisa. As moléculas se separam facilmente, mas então, quando eles se reconectam, os laços se reorganizam e restauram a estrutura do material depois que ele é danificado, ele disse. O resultado é um material dobrável, que, mesmo em temperatura ambiente, parece um pouco com caramelo de água salgada deixado na geladeira.

p Para este polímero resiliente, os pesquisadores adicionaram minúsculas partículas de níquel, o que aumentou sua resistência mecânica. As superfícies em nanoescala das partículas de níquel são ásperas, que se provou importante para tornar o material condutor. Tee comparou essas características de superfície a "mini-facões, "com cada borda saliente concentrando um campo elétrico e tornando mais fácil para a corrente fluir de uma partícula para a próxima.

p O resultado foi um polímero com características incomuns. "A maioria dos plásticos são bons isolantes, mas este é um excelente condutor, "Bao disse.

p Saltando para trás

p A próxima etapa foi ver como o material poderia restaurar sua resistência mecânica e sua condutividade elétrica após o dano.

p Os pesquisadores pegaram uma tira fina do material e cortaram ao meio com um bisturi. Depois de pressionar suavemente as peças juntas por alguns segundos, eles descobriram que o material recuperou 75% de sua resistência e condutividade elétrica originais. O material foi restaurado perto de 100 por cento em cerca de 30 minutos. "Até a pele humana leva dias para cicatrizar. Então, eu acho isso muito legal, "disse Tee.

p O que mais, a mesma amostra pode ser cortada repetidamente no mesmo lugar. Depois de 50 cortes e reparos, uma amostra resistiu a flexões e alongamentos exatamente como o original.

p A natureza composta do material criou um novo desafio de engenharia para a equipe. Bao e seus co-autores descobriram que, embora o níquel fosse a chave para tornar o material forte e condutor, também atrapalhou o processo de cura, evitando que as ligações de hidrogênio se reconectem tão bem quanto deveriam.

p Para as futuras gerações do material, Bao disse que a equipe pode ajustar o tamanho e a forma das nanopartículas, ou mesmo as propriedades químicas do polímero, para contornar essa compensação.

p Apesar disso, Wang disse que a extensão dessas propriedades de autocura foi realmente surpreendente:"Antes de nosso trabalho, era muito difícil imaginar que esse tipo de flexibilidade, material condutor também pode ser autocurativo. "

p Sensível ao toque

p A equipe também explorou como usar o material como sensor. Para os elétrons que compõem uma corrente elétrica, tentar passar por esse material é como tentar atravessar um riacho pulando de pedra em pedra. As pedras nesta analogia são as partículas de níquel, e a distância que os separa determina quanta energia um elétron precisará para se libertar de uma pedra e mover-se para outra.

p Torcer ou exercer pressão sobre a pele sintética altera a distância entre as partículas de níquel e, Portanto, a facilidade com que os elétrons podem se mover. Essas mudanças sutis na resistência elétrica podem ser traduzidas em informações sobre a pressão e a tensão na pele.

p Tee diz que o material é sensível o suficiente para detectar a pressão de um aperto de mão. Pode, Portanto, ser ideal para uso em próteses, Bao adicionado. O material é sensível não apenas à pressão para baixo, mas também à flexão, portanto, um membro protético pode algum dia ser capaz de registrar o grau de curvatura de uma articulação.

p Tee apontou outras possibilidades comerciais. Dispositivos elétricos e fios revestidos neste material podem se consertar e fazer a eletricidade fluir novamente sem manutenção cara e difícil, particularmente em lugares de difícil acesso, como dentro de paredes de edifícios ou veículos.

p Próximo, Bao disse que o objetivo da equipe é tornar o material elástico e transparente, de modo que possa ser adequado para envolver e sobrepor dispositivos eletrônicos ou telas de exibição.