Os pesquisadores descobriram uma maneira de fazer materiais semelhantes a esponjas ultraleves a partir de fibras cerâmicas em nanoescala. O altamente poroso, esponjas compressíveis e resistentes ao calor podem ter vários usos, de dispositivos de purificação de água a materiais isolantes flexíveis.

"A questão científica básica que tentamos responder é como podemos fazer um material altamente deformável, mas resistente a altas temperaturas, "disse Huajian Gao, professor da Escola de Engenharia da Brown University e autor correspondente da pesquisa. "Este artigo demonstra que podemos fazer isso enredando nanofibras de cerâmica em uma esponja, e o método que usamos para fazer isso é barato e escalonável para fazer isso em grandes quantidades. "

O trabalho, uma colaboração entre o laboratório de Gao em Brown e os laboratórios de Hui Wu e Xiaoyan Li na Universidade de Tsinghua na China, é descrito no jornal Avanços da Ciência .

Como qualquer pessoa que já deixou cair um vaso de flores sabe bem, cerâmicas são materiais quebradiços. Rachaduras na cerâmica tendem a se propagar rapidamente, levando a uma falha catastrófica, mesmo com a menor deformação. Embora isso seja verdade para todas as cerâmicas tradicionais, as coisas são diferentes em nanoescala.

"Na nanoescala, rachaduras e falhas tornam-se tão pequenas que é preciso muito mais energia para ativá-las e fazer com que se propaguem, "Disse Gao." As fibras em nanoescala também promovem mecanismos de deformação, como o que é conhecido como fluência, onde os átomos podem se difundir ao longo dos limites dos grãos, permitindo que o material se deforme sem quebrar. "

Por causa dessas dinâmicas em nanoescala, materiais feitos de nanofibras cerâmicas têm o potencial de ser deformáveis ​​e flexíveis, enquanto mantém a resistência ao calor que torna a cerâmica útil em aplicações de alta temperatura. O problema é que esses materiais não são fáceis de fazer. Um método frequentemente usado para fazer nanofibras, conhecido como eletrofiação, não funciona bem com cerâmica. Outra opção potencial, Impressão a laser 3-D, é caro e demorado.

Então, os pesquisadores usaram um método chamado sopro de solução, que havia sido desenvolvido anteriormente por Wu em seu laboratório em Tsinghua. O processo usa pressão de ar para conduzir uma solução líquida contendo material cerâmico através de uma pequena abertura de seringa. Conforme o líquido emerge, ele se solidifica rapidamente em fibras em nanoescala que são coletadas em uma gaiola giratória. O material coletado é então aquecido, que queima o material solvente, deixando uma massa de nanofibras de cerâmica emaranhadas que se parece um pouco com uma bola de algodão.

Os pesquisadores usaram o método para criar esponjas feitas de uma variedade de diferentes tipos de cerâmica e mostraram que os materiais tinham algumas propriedades notáveis.

Por exemplo, as esponjas foram capazes de se recuperar após uma tensão compressiva de até 50 por cento, algo que nenhum material cerâmico padrão pode fazer. E as esponjas podem manter essa resiliência em temperaturas de até 800 graus Celsius.

A pesquisa também mostrou que as esponjas tinham uma capacidade notável de isolamento em altas temperaturas. Em um experimento, os pesquisadores colocaram uma pétala de flor em cima de uma esponja de 7 mm de espessura feita de nanofibras de dióxido de titânio (um material cerâmico comum). Depois de aquecer o fundo da esponja a 400 graus Celsius por 10 minutos, a flor no topo mal murcha. Enquanto isso, pétalas colocadas sobre outros tipos de materiais cerâmicos porosos nas mesmas condições foram queimadas até ficarem crocantes.

A resistência ao calor das esponjas e sua deformabilidade as tornam potencialmente úteis como um material isolante onde a flexibilidade é importante. Por exemplo, Gao diz, o material pode ser usado como camada isolante nas roupas dos bombeiros.

Outro uso potencial pode ser na purificação de água. O dióxido de titânio é um conhecido fotocatalisador usado para quebrar moléculas orgânicas, que mata bactérias e outros microorganismos na água. Os pesquisadores mostraram que uma esponja de dióxido de titânio pode absorver 50 vezes seu peso em água contendo um corante orgânico. Em 15 minutos, a esponja foi capaz de degradar a tinta sob iluminação. Com a água espremida, a esponja poderia então ser reutilizada - algo que não pode ser feito com os pós de dióxido de titânio normalmente usados ​​na purificação de água.

Em adição a isto, pode haver outras aplicações para esponjas de cerâmica que os pesquisadores ainda não consideraram.

"O processo que usamos para fazer isso é extremamente versátil; ele pode ser usado com uma grande variedade de diferentes tipos de materiais de base cerâmicos, "disse Wu, um dos autores correspondentes de Tsinghua. "Portanto, achamos que há uma grande perspectiva de aplicações potenciais."