O Homem-Aranha já descobriu.

Não é por acaso que, quando Sheng Shen fala sobre seu trabalho com nanofibras de polímero, ele o compara a uma aranha tecendo sua teia.

"Assim como uma aranha sintetiza seda a partir de polímero de proteína para formar uma fibra com resistência semelhante ao aço de alta resistência, polímeros podem ser fiados e desenhados para formar materiais de alta resistência com condutividade térmica excepcionalmente alta, "disse Shen, professor associado de engenharia mecânica na Carnegie Mellon University.

Shen e sua equipe desenvolveram uma nanofibra de polímero que é forte, leve, termicamente condutivo, eletricamente isolante, e biocompatível. Eles conseguiram tudo isso em um único fio de fibra de polímero medindo menos de 100 nanômetros.

De acordo com Shen, o impacto potencial desse desenvolvimento é tremendo. As características de sua nanofibra polimérica conferem-lhe aplicação em sistemas aeroespaciais e automotivos, engenharia civil e estrutural, dispositivos médicos, e robótica.

Em sua forma mais simples, polímeros são muitas moléculas idênticas unidas indefinidamente. As moléculas podem ser unidas em cadeias "simples" ou estruturas mais complicadas. De qualquer jeito, o polímero resultante tem as mesmas características das moléculas usadas para criá-lo. Isso significa que um polímero pode ser pegajoso, sólido, flexível, ou qualquer número de outras características físicas contidas em suas moléculas.

Tradicionalmente, disse Shen, polímeros são "a plataforma de material geral (usada) para desenvolver materiais multifuncionais, "incluindo plásticos, nylons, e borrachas. Os polímeros são facilmente processados ​​a preços relativamente baixos, mas tem suas desvantagens.

Polímeros prototípicos em massa são frequentemente amorfos, o que significa que suas cadeias de moléculas são enroladas aleatoriamente e sem uma forma e forma definidas. Essa falta de definição pode levar à redução da força, condutividade térmica reduzida, e aumento de defeitos como espaços vazios e emaranhados de moléculas.

O desafio era desenvolver um polímero ultra-forte e termicamente condutor.

Para Shen, o lugar para fazer isso era no nível nano. Nesse nível - um bilionésimo de um metro - Shen pode projetar moléculas individuais para se unirem exatamente da maneira que ele deseja.

"Na nanoescala, as cadeias de polímero tornam-se altamente orientadas e defeitos que reduzem a resistência e a condutividade térmica podem ser eliminados, "Shen disse.

A nanofibra de polímero resultante tem um Módulo de Young (a medida da rigidez de um material sólido) e uma resistência que Shen disse ser 300 vezes maior do que os polímeros em massa.

Quanto à condutividade térmica, Shen relata que sua nanofibra de polímero mede uma taxa de condutividade de 100 W / mK. Na média, a taxa de condutividade do aço é 54 W / mK e a taxa do ferro é 73 W / mK.

"Essas nanofibras fornecem uma rota de baixo custo para alcançar a remoção de calor altamente eficaz em sistemas eletrônicos, "disse Shen." Eles também podem ser propagadores de calor biocompatíveis para melhorar o atendimento ao paciente. "

A data, Shen e sua equipe testaram nanofibras individuais. Com base nos resultados desses testes, eles voltaram sua atenção para a criação de uma abordagem de fabricação inovadora que permitirá a produção em massa das nanofibras de polímero.

Shen está confiante de que ele e sua equipe inventaram um produto que terá impactos práticos e em grande escala mais cedo ou mais tarde.

"Nós realmente acreditamos que esta é uma tecnologia revolucionária ao transformar polímeros de materiais macios e termicamente isolantes em materiais ultra-fortes e termicamente condutores, "Shen disse.

Ph.D. candidato Ramesh Shrestha e Maarten de Boer, um professor de engenharia mecânica, fez contribuições significativas para esta pesquisa. As descobertas foram publicadas em Nature Communications .