Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer PSI e ETH Zurique desenvolveram um novo material que mantém uma determinada forma quando colocado em um campo magnético. É um material composto constituído por dois componentes. Ao contrário dos materiais anteriores com memória de forma, consiste em um polímero e gotículas embutidas do chamado fluido magnetoreológico. As áreas de aplicação para este novo tipo de material composto incluem medicina, aeroespacial, eletrônica e robótica. Os pesquisadores agora publicam seus resultados na revista científica Materiais avançados .

Parece um truque de mágica:um ímã se afasta de um preto, banda torcida e a banda relaxa sem qualquer efeito adicional (ver vídeo). O que parece mágica pode ser explicado pelo magnetismo. A fita preta consiste em um composto de dois componentes:um polímero à base de silicone e pequenas gotas de água e glicerina nas quais flutuam minúsculas partículas de ferro carbonilado. Este último fornece as propriedades magnéticas do material e sua memória de forma. Se o material compósito for forçado a uma determinada forma com uma pinça e, em seguida, exposto a um campo magnético, mantém sua forma, mesmo quando as pinças são removidas. Somente quando o campo magnético também é removido, o material retorna à sua forma original.

Até aqui, materiais comparáveis ​​consistem em um polímero e partículas de metal embutidas. Em vez de, pesquisadores da PSI e ETH Zurich usaram gotículas de água e glicerina para inserir as partículas magnéticas no polímero. Desta maneira, eles produziram uma dispersão semelhante à encontrada no leite. No leite, minúsculas gotículas de gordura são finamente dispersas em uma solução aquosa. Estes são os principais responsáveis ​​pela cor branca.

De forma similar, as gotículas do líquido magnetoreológico são finamente distribuídas no novo material. "Uma vez que a fase magneticamente sensível dispersa no polímero é um líquido, as forças geradas quando um campo magnético é aplicado são muito maiores do que relatado anteriormente, "explica Laura Heyderman, chefe do Grupo de Sistemas Mesoscópicos da PSI e professor da ETH Zurique. Se um campo magnético atua no material composto, ele endurece. "Este novo conceito de material só poderia surgir através do trabalho em equipe entre grupos com experiência em duas áreas completamente diferentes - materiais magnéticos e macios, "diz Heyderman.

Memória de forma por meio do alinhamento com o campo magnético

Os pesquisadores estudaram o novo material com a ajuda da Swiss Light Source SLS da PSI, entre outras coisas. Com as imagens tomográficas de raios-X produzidas com esta fonte de luz, eles descobriram que o comprimento das gotículas no polímero aumenta sob a influência de um campo magnético e que as partículas de ferro carbonila no líquido se alinham pelo menos parcialmente ao longo das linhas do campo magnético. Esses dois fatores aumentam a rigidez do material testado em até 30 vezes.

O fato de a memória de forma do novo material ser ativada por campos magnéticos oferece outras vantagens, além de uma força maior. A maioria dos materiais com memória de forma reage às mudanças de temperatura. Em aplicações médicas, dois problemas surgem como resultado. Primeiro, o calor excessivo danifica as células do próprio corpo. Segundo, nem sempre é possível garantir um aquecimento uniforme de um objeto que lembra sua forma. Ambas as desvantagens podem ser evitadas ligando a memória de forma com um campo magnético.

Materiais mecanicamente ativos para medicina e robótica

"Com nosso novo material composto, demos mais um passo importante para simplificar os componentes em uma ampla gama de aplicações, como medicina e robótica, "diz o cientista de materiais da ETH Zurich e do PSI Paolo Testa, primeiro autor do estudo. "Nosso trabalho, portanto, serve como ponto de partida para uma nova classe de materiais mecanicamente ativos."

Numerosas aplicações na medicina, voo espacial, eletrônicos, e a robótica é concebível para materiais com memória de forma. Por exemplo, cateteres que alteram a rigidez à medida que são empurrados através dos vasos sanguíneos até o local da cirurgia durante operações minimamente invasivas. Na exploração espacial, materiais com memória de forma são necessários para pneus de veículos rover que se inflamam ou dobram novamente por conta própria. Na eletronica, materiais funcionais macios podem ser implantados em cabos de energia ou dados flexíveis em vestíveis e em robôs que podem realizar movimentos mecânicos sem um motor.