Pesquisadores e colaboradores da UCLA em oito outras instituições de pesquisa criaram um sistema extremamente leve, aerogel de cerâmica muito durável. O material pode ser usado para aplicações como isolar espaçonaves porque pode suportar o intenso calor e as severas mudanças de temperatura que as missões espaciais sofrem.

Aerogéis de cerâmica têm sido usados ​​para isolar equipamentos industriais desde a década de 1990, e eles têm sido usados ​​para isolar equipamentos científicos nas missões de sonda de Marte da NASA. Mas a nova versão é muito mais durável após a exposição ao calor extremo e picos repetidos de temperatura, e muito mais leve. Sua composição atômica única e estrutura microscópica também o tornam incomumente elástico.

Quando está aquecido, o material se contrai em vez de se expandir como ocorre com outras cerâmicas. Ele também se contrai perpendicularmente à direção em que é comprimido - imagine pressionar uma bola de tênis em uma mesa e fazer com que o centro da bola se mova para dentro em vez de expandir para fora - o oposto de como a maioria dos materiais reage quando compactado. Como resultado, o material é muito mais flexível e menos frágil do que os atuais aerogéis de cerâmica de última geração:pode ser comprimido a 5 por cento de seu volume original e se recuperar totalmente, enquanto outros aerogéis existentes podem ser comprimidos a apenas cerca de 20 por cento e então se recuperar totalmente.

A pesquisa, que foi publicado hoje em Ciência , foi liderado por Xiangfeng Duan, um professor de química e bioquímica da UCLA; Yu Huang, professor de ciência e engenharia de materiais da UCLA; e Hui Li do Harbin Institute of Technology, China. Os primeiros autores do estudo são Xiang Xu, um pós-doutorado visitante em química na UCLA do Harbin Institute of Technology; Qiangqiang Zhang da Universidade de Lanzhou; e Menglong Hao da UC Berkeley e da Southeast University.

Outros membros da equipe de pesquisa eram da UC Berkeley; Universidade de Purdue; Laboratório Nacional Lawrence Berkeley; Hunan University, China; Universidade de Lanzhou, China; e a King Saud University, Arábia Saudita.

Apesar de mais de 99 por cento do seu volume ser ar, os aerogéis são sólidos e estruturalmente muito fortes para seu peso. Eles podem ser feitos de vários tipos de materiais, incluindo cerâmica, óxidos de carbono ou de metal. Comparado com outros isoladores, aerogéis à base de cerâmica são superiores no bloqueio de temperaturas extremas, e têm densidade ultrabaixa e são altamente resistentes ao fogo e à corrosão - qualidades que se prestam bem a espaçonaves reutilizáveis.

Mas os aerogéis de cerâmica atuais são altamente frágeis e tendem a fraturar após exposição repetida ao calor extremo e variações dramáticas de temperatura, ambos são comuns em viagens espaciais.

O novo material é feito de finas camadas de nitreto de boro, uma cerâmica, com átomos que estão conectados em padrões de hexágono, como tela de galinheiro.

Na pesquisa liderada pela UCLA, resistiu a condições que normalmente fraturariam outros aerogéis. Ele resistiu a centenas de exposições a picos repentinos e extremos de temperatura quando os engenheiros aumentaram e reduziram a temperatura em um recipiente de teste entre 198 graus Celsius negativos e 900 graus acima de zero em apenas alguns segundos. Em outro teste, ele perdeu menos de 1 por cento de sua resistência mecânica depois de ser armazenado por uma semana a 1, 400 graus Celsius.

"A chave para a durabilidade de nosso novo aerogel de cerâmica é sua arquitetura única, "Duan disse." Sua flexibilidade inata ajuda a agüentar o calor extremo e choques de temperatura que fariam com que outros aerogéis de cerâmica falhassem. "

Os materiais cerâmicos comuns geralmente se expandem quando aquecidos e se contraem quando são resfriados. Hora extra, essas mudanças repetidas de temperatura podem levar esses materiais à fratura e, por fim, à falha. O novo aerogel foi projetado para ser mais durável, fazendo exatamente o oposto - ele se contrai em vez de se expandir quando aquecido.

Além disso, a capacidade do aerogel de se contrair perpendicularmente à direção em que está sendo comprimido - como o exemplo da bola de tênis - o ajuda a sobreviver a mudanças de temperatura repetidas e rápidas. (Essa propriedade é conhecida como coeficiente de Poisson negativo.) Também possui "paredes" internas que são reforçadas com uma estrutura de painel duplo, que reduz o peso do material enquanto aumenta sua capacidade de isolamento.

Duan disse que os pesquisadores do processo desenvolvidos para fazer o novo aerogel também podem ser adaptados para fazer outros materiais ultraleves.

"Esses materiais podem ser úteis para isolamento térmico em espaçonaves, automóveis ou outro equipamento especializado, "disse ele." Eles também podem ser úteis para o armazenamento de energia térmica, catálise ou filtração. "