p Físicos da Universidade de Luxemburgo recentemente deram passos significativos para resolver algumas das questões pendentes de pesquisa sobre a celulose. Suas descobertas foram publicadas em revistas de prestígio Angewandte Chemie e Materiais de Comunicação . p A celulose está em toda parte

p O que seu jeans, brócolis, papel, árvores na floresta e uma das nanopartículas mais quentes na atual pesquisa internacional de materiais têm em comum? Tão não relacionados quanto esses itens podem parecer à primeira vista, eles são todos feitos de polímero de celulose. Na verdade, não é tão surpreendente que a celulose apareça em tantos contextos, porque é o polímero mais abundante na terra, Sintetizado em cada planta para lhe dar força e estrutura. Desde os tempos antigos, a humanidade entendeu como usar este material incrível, transformando-o em papel para escrever, fibras de algodão para fazer roupas, e durante a era industrial em materiais relacionados, como celofane para embalagens, nitrocelulose para esmaltes e filmes fotográficos, ou hidroxipropilcelulose (HPC) para criar a forma e o volume da pílula que você toma quando precisa de alguns miligramas de medicamento. Embora o HPC constitua cerca de 99% da pílula, isso não é digerido, assim como não podemos digerir a celulose natural do brócolis quando a comemos. Ainda, que a celulose é crucial para garantir que nossos intestinos funcionem bem; o que costuma ser chamado de 'fibra' nos alimentos nada mais é do que celulose.

p Hoje, a celulose como um material avançado está passando por um renascimento, como cientistas ao redor do mundo, nas universidades, bem como na indústria, estão descobrindo novas maneiras de tirar proveito de suas propriedades notáveis. Este novo desenvolvimento é baseado no reconhecimento de que a celulose e derivados como HPC podem se auto-organizar em estruturas ordenadas complexas, com propriedades ópticas e mecânicas espetaculares, quando suspenso ou dissolvido em água nas condições certas. Quando a celulose entra neste estado líquido ordenado, chamado de 'cristal líquido, 'abre para materiais funcionais com uma gama de oportunidades de aplicação, que são produzidos de forma sustentável e são totalmente biodegradáveis, deixando uma pegada mínima em nosso planeta. Isso ocorre porque eles são derivados de plantas, algas e outras matérias-primas abundantes em regeneração. Contudo, os processos envolvidos são complexos, e para obter as propriedades certas nos materiais produzidos, muitas questões desafiadoras - mas também estimulantes - em química e física precisam ser respondidas.

p O cristal líquido realmente importa

p Em dois artigos publicados recentemente em revistas de prestígio Angewandte Chemie e materiais de comunicação, respectivamente, o grupo Experimental Soft Matter Physics, liderado pelo Prof. Jan Lagerwall no Departamento de Física e Ciência dos Materiais da Universidade de Luxemburgo, apresenta passos significativos para a resolução de algumas das questões de pesquisa pendentes entre o recurso abundante de celulose generosamente fornecido pela Mãe Natureza e os materiais avançados que esperamos derivar dele. Ambos os artigos resumem pesquisas financiadas pelo Fundo Nacional de Pesquisa de Luxemburgo FNR (projetos COReLIGHT, SSh e MISONANCE).

p No primeiro artigo, Emmanouil Anyfantakis, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Luxemburgo, e colegas de trabalho apresentam uma forma radicalmente nova de processar soluções HPC, permitindo que sejam preparados e manipulados em baixas concentrações, onde fluem facilmente. Depois de terem adquirido sua forma alvo - aqui uma esfera de aproximadamente um milímetro chamada de "mármore de cristal líquido" - a concentração é aumentada de uma forma muito controlada, permitindo que o excesso de água se difunda em um solvente orgânico circundante, que pode ser reutilizado após o processo. Os mármores de cristal líquido exibem propriedades ópticas impressionantes graças ao arranjo do HPC em uma estrutura em hélice com período na mesma escala do comprimento de onda da luz visível.

p "Notavelmente, esse tipo de cor estrutural é visto em todo o mármore, o que não é o que se espera para este tipo de cristal líquido em forma esférica, e a cor pode ser ajustada em todo o espectro visível, do violeta ao vermelho. Demonstramos que os mármores podem ser usados ​​como não eletrônicos (e, portanto, autônomos, ou seja, nenhuma bateria ou outra fonte de energia é necessária) sensores de muitos estímulos diferentes, incluindo temperatura, deformação mecânica e presença de produtos químicos tóxicos. Por exemplo, um mármore de HPC de cristal líquido inicialmente preparado para a cor verde muda para vermelho e finalmente perde sua cor quando exposto ao álcool tóxico metanol, "explica Emmanouil Anyfantakis.

p No segundo artigo, Prof. Jan Lagerwall e sua ex-candidata ao doutorado Camila Honorato-Rios, agora engenheiro de P&D no Instituto de Ciência e Tecnologia de Luxemburgo (LIST), focaram em celulose pura, aqui na forma de nanocristais de celulose (CNCs). São nanobastões de celulose cristalina com algumas centenas de nanômetros de comprimento e cerca de 5 a 10 nanômetros de largura. Além disso, os CNCs formam uma fase de cristal líquido na água com as hastes se organizando em uma estrutura helicoidal. CNCs constituem um dos nanomateriais mais quentes da atualidade, visto que são produzidos de forma sustentável e podem ser altamente úteis sozinhos, bem como em compósitos. Infelizmente, seus métodos de produção deixam os nanobastões muito dispersos em comprimento, ou seja, cada lote CNC contém muitas hastes longas e curtas.

p "No papel, we have shown that this length dispersity is one of the main reasons for the many problems in processing CNC suspensions and obtaining materials with uniform properties, because long- and short-rod suspensions have very different viscosities and the period of the liquid crystal helix gets shorter the longer the rod. The dispersity of lengths therefore mixes CNCs that would need to be processed on very different time scales, and when they are transferred into solid films that should benefit from the liquid crystalline order, they are broken up into mosaic-like brittle structures because of the competition between short and long rods to organize into long- and short-period helices, respectivamente, " explains Camila Honorato-Rios.

p Mais importante, the authors also provide the solution. Camila Honorato-Rios and Jan Lagerwall show that the phase separation between the liquid crystal phase and an ordinary disordered liquid, spontaneously taking place in CNC suspensions, can be used to fractionate CNC suspensions according to length. By using separatory funnels, a standard component of any chemistry lab, they divide the disperse CNC suspensions into individual fractions, each of which has a much narrower length distribution. This allows them, pela primeira vez, to study the behavior of long, medium and short CNCs individually. This way they produce solid films showing uniform and controlled structural color, without the mosaic texture. "Because the technique is easily scalable, this can be a game changer for the industrial exploitation of CNC. Following the fractionation procedure, CNC producers can provide samples with much lower dispersity, allowing customers to use this remarkable new, sustainably produced, nanomaterial in a way that maximizes its performance, " comments Prof. Jan Lagerwall with enthusiasm.