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  • Pegando emprestado de chefs confeiteiros, engenheiros criam compostos nanocamados
    p O processo de fazer uma pilha de folhas paralelas de grafeno começa com um processo de deposição de vapor químico (I) para fazer uma folha de grafeno com um revestimento de polímero; essas camadas são então empilhadas (II), dobrado e cortado (III) e empilhado novamente e pressionado, multiplicando o número de camadas. A equipe usou um método relacionado à equipe para produzir fibras em forma de espiral. Crédito:Cortesia dos pesquisadores

    p Adaptando um velho truque usado por séculos por ferreiros e confeiteiros, uma equipe de pesquisadores do MIT encontrou uma maneira de criar materiais compostos com eficiência, contendo centenas de camadas que têm apenas átomos de espessura, mas cobrem toda a largura do material. A descoberta pode abrir amplas possibilidades para a concepção de novos, compostos fáceis de fabricar para dispositivos ópticos, sistemas eletrônicos, e materiais de alta tecnologia. p O trabalho é descrito esta semana em um artigo em Ciência por Michael Strano, o Carbon P. Dubbs Professor em Engenharia Química; pós-doutorado Pingwei Liu; e 11 outros alunos do MIT, pós-doutorado, e professores.

    p Materiais como grafeno, uma forma bidimensional de carbono puro, e nanotubos de carbono, pequenos cilindros que são essencialmente grafeno enrolado, são "alguns dos mais fortes, os materiais mais duros que temos disponíveis, "diz Strano, porque seus átomos são mantidos juntos inteiramente por ligações carbono-carbono, que são "o que a natureza mais forte nos dá" para as ligações químicas trabalharmos. Então, pesquisadores têm procurado maneiras de usar esses nanomateriais para adicionar grande resistência aos materiais compósitos, da mesma forma que as barras de aço são usadas para reforçar o concreto.

    p O maior obstáculo tem sido encontrar maneiras de incorporar esses materiais em uma matriz de outro material de maneira ordenada. Essas pequenas folhas e tubos têm uma forte tendência a se agrupar, portanto, apenas mexê-los em um lote de resina líquida antes que ele endureça não funciona de jeito nenhum. O insight da equipe do MIT foi encontrar uma maneira de criar um grande número de camadas, empilhados de uma forma perfeitamente ordenada, sem ter que empilhar cada camada individualmente.

    p Embora o processo seja mais complexo do que parece, no cerne disso está uma técnica semelhante à usada para fazer lâminas de espada de aço ultra-fortes, bem como a massa folhada que está em baklava e napoleões. Uma camada de material - seja aço, massa, ou grafeno - é espalhado de forma plana. Então, o material é dobrado sobre si mesmo, socado ou desenrolado, e depois dobrou novamente, e de novo, e de novo.

    p Com cada dobra, o número de camadas dobra, produzindo assim um aumento exponencial na estratificação. Apenas 20 dobras simples produziriam mais de um milhão de camadas perfeitamente alinhadas.

    p Agora, não funciona exatamente assim na nanoescala. Nesta pesquisa, em vez de dobrar o material, a equipe cortou todo o bloco - ele próprio consistindo em camadas alternadas de grafeno e o material composto - em quartos, e depois deslizou um quarto em cima do outro, quadruplicando o número de camadas, e então repetir o processo. Mas o resultado foi o mesmo:uma pilha uniforme de camadas, produzido rapidamente, e já embutido no material da matriz, neste caso policarbonato, para formar um composto.

    p Em seus testes de prova de conceito, a equipe do MIT produziu compostos com até 320 camadas de grafeno embutidas neles. Eles foram capazes de demonstrar que, embora a quantidade total de grafeno adicionado ao material fosse minúscula - menos de 1/10 de um por cento em peso - isso levou a uma melhoria nítida na resistência geral.

    p "O grafeno tem uma proporção efetivamente infinita, "Strano diz, uma vez que é infinitesimalmente fino, mas pode abranger tamanhos grandes o suficiente para ser visto e manuseado. "Pode abranger duas dimensões do material, "embora tenha apenas nanômetros de espessura. Grafeno e um punhado de outros materiais 2-D conhecidos são" os únicos materiais conhecidos que podem fazer isso, " ele diz.

    p A equipe também encontrou uma maneira de fazer fibras estruturadas de grafeno, potencialmente permitindo a criação de fios e tecidos com funções eletrônicas incorporadas, bem como outra classe de compostos. O método usa um mecanismo de cisalhamento, algo como um cortador de queijo, para descascar camadas de grafeno de uma forma que faz com que se enrolem em uma forma semelhante a um pergaminho, tecnicamente conhecido como espiral arquimediana.

    p Isso poderia superar uma das maiores desvantagens do grafeno e dos nanotubos, em termos de sua capacidade de ser tecido em fibras longas:sua extrema escorregadia. Porque eles são perfeitamente lisos, os fios passam uns pelos outros em vez de ficarem juntos em um feixe. E os novos fios enrolados não só superam esse problema, eles também são extremamente elásticos, ao contrário de outros materiais superfortes, como o Kevlar. Isso significa que eles podem ser tecidos em materiais protetores que podem "ceder" sem quebrar.

    p Um recurso inesperado dos novos compostos em camadas, Strano diz, é que as camadas de grafeno, que são extremamente condutores de eletricidade, manter sua continuidade em toda a sua amostra composta sem qualquer curto-circuito para as camadas adjacentes. Então, por exemplo, a simples inserção de uma sonda elétrica na pilha até uma determinada profundidade precisa possibilitaria "endereçar" de maneira única qualquer uma das centenas de camadas. Isso poderia levar a novos tipos de eletrônicos complexos de várias camadas, ele diz.


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