Em uma descoberta que pode abrir caminho para novos materiais e aplicações, cientistas de materiais do Rensselaer Polytechnic Institute descobriram que cargas oscilantes em certas frequências podem levar a aumentos de várias vezes na resistência dos compósitos com uma interface que é modificada por uma camada molecular de "nanocola".

Um artigo recém-publicado em Nature Communications relata a descoberta inesperada dos efeitos da frequência de carregamento na energia de fratura de um composto de multicamadas envolvendo uma "nanocola, "cujo uso também foi pioneiro em Rensselaer.

"Desenterrando, entendimento, e manipular fenômenos em nanoescala em interfaces durante estímulos dinâmicos é a chave para projetar novos materiais com novas respostas para aplicações, "disse Ganpati Ramanath, o John Tod Horton Professor de Ciência e Engenharia de Materiais em Rensselaer e o principal autor do estudo. "Nosso trabalho demonstra que a introdução de uma camada de nanocola em uma interface de um composto em camadas pode levar a um grande endurecimento mecânico em certas frequências de carregamento."

Ramanath e sua equipe de colaboradores descobriram que, em certas frequências de carregamento, a energia necessária para fraturar um compósito polímero-metal-cerâmica modificado com nanocola triplicou, e excedeu a energia de fratura de carga estática. Este comportamento é inesperado e significativo porque a energia de fratura é normalmente menor durante o carregamento cíclico do que durante o carregamento estático. Esse endurecimento dependente da frequência foi observado apenas quando uma camada de nanocola foi usada para unir o metal e a cerâmica.

Os resultados também mostram que, embora a nanocamada seja necessária para que ocorra o endurecimento, a faixa de frequência e a extensão do endurecimento são determinadas principalmente pelas propriedades mecânicas do polímero no compósito. Especificamente, a nanocola facilita a transferência de carga através da interface metal-cerâmica e dissipa energia no polímero por meio de deformação plástica, levando a um aumento na energia de fratura.

"Nossa descoberta abre um conjunto inteiramente novo de possibilidades para projetar compostos com novas respostas usando diferentes combinações de polímeros e nanocamadas interfaciais. Por exemplo, pudemos criar uma classe completamente nova de compósitos inteligentes que podem endurecer significativamente, ou talvez até autodestruição, em certas frequências, "Ramanath disse.

"Nossas descobertas de acoplamentos beneficiários entre o efeito nanocola e as propriedades de um constituinte em um composto durante o carregamento cíclico abrem um novo paradigma na engenharia de confiabilidade, "disse o co-autor Michael Lane, a Billie Sue Hurst Professora de Química no Emory &Henry College. "Manipular o acoplamento pode realmente tornar os compostos mais robustos apenas sob as condições de carregamento que tradicionalmente tentamos evitar, e, portanto, pode expandir amplamente o escopo e melhorar o desempenho de compostos em aplicativos. "