p Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Buffalo relatou um novo metamaterial ferroelétrico molecular impresso em 3-D. p O avanço, publicado segunda-feira no Proceedings of the National Academy of Sciences , é um passo para tornar esses materiais extraordinários criados em laboratório mais acessíveis e adaptáveis ​​a inúmeras tecnologias multifuncionais. Isso poderia beneficiar tudo, desde cobertores acústicos para isolamento acústico de aeronaves até amortecedores e capas elásticas que protegem sistemas eletrônicos sensíveis de distúrbios mecânicos externos.

p “O céu é o limite quando se trata de metamateriais ferroelétricos, "diz o principal autor do estudo, Shenqiang Ren, Ph.D., professor do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UB.

p Entre os interesses de pesquisa de Ren, que tem cargos no Departamento de Química da UB e no Instituto RENEW da universidade, é o projeto e a montagem de ferroelétricos moleculares de alta temperatura. Para o estudo, ele montou uma equipe que inclui:

• Chi Zhou, Ph.D., professor associado do Departamento de Engenharia Industrial e de Sistemas da UB. Ele liderou a parte de impressão 3-D do projeto.
• Mostafa Nouh, Ph.D., professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da UB. Ele liderou o componente de metamateriais.
• Jeffrey C. Grossman, chefe do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Ele liderou o trabalho de design de materiais computacionais.

p Seis estudantes de pós-graduação pesquisadores - liderados por Yong Hu no laboratório de Ren, Zipeng Guo no laboratório de Zhou e Andrew Ragonese no laboratório de Nouh estão entre os co-autores do estudo.

p Um metamaterial é qualquer material projetado para ter uma propriedade que não é encontrada em materiais de ocorrência natural. Ferroeletricidade está relacionada a substâncias cristalinas que possuem polarização elétrica espontânea que é reversível por um campo elétrico.

p Nas décadas recentes, pesquisadores têm estudado como mesclar materiais com essas propriedades. Embora o progresso tenha sido feito, pesquisadores têm lutado para produzir metamateriais ferroelétricos que sejam econômicos e facilmente adaptáveis ​​a dispositivos eletrônicos e mecânicos.

p O novo estudo visa esses problemas, utilizando os mais recentes avanços na computação, manufatura aditiva, design de materiais, acústica e outros campos.

p A equipe de pesquisa elaborou um plano para imprimir em 3D uma rede cristalina ferroelétrica suportada por andaimes feita de perclorato de imidazólio.

p Uma tecnologia de fabricação avançada emergente, As impressoras 3-D podem fabricar produtos diretamente a partir do design digital com controle preciso das estruturas, materiais e funcionalidades, Zhou diz. Por sua vez, isso cria oportunidades para avançar nas descobertas de materiais e expandir as aplicações industriais.

p As evidências, Ren diz, pavimentar o caminho para o uso de impressoras 3-D para criar metamateriais ferroelétricos moleculares. O design exclusivo da estrutura permite a autocorreção de quaisquer desvios do design enquanto o material ainda está sendo impresso. Também, a rigidez do material - o quanto ele resiste à deformação - é reprogramável, que, por sua vez, permite que os pesquisadores "sintonizem" o material para filtrar diferentes frequências de sub-onda.

p No papel, Nouh diz, os metamateriais fornecem uma plataforma única para obter um controle sem precedentes sobre a propagação do som e a manipulação das ondas acústicas. Esse potencial só pode ser realizado se os pesquisadores forem capazes de criar esses materiais - um objetivo para o qual este trabalho avança.

p O trabalho foi parcialmente financiado pelo U.S. Army Research Office (ARO).

p "Uma das razões pelas quais a ARO está financiando o projeto do professor Ren é que os ferroelétricos moleculares são passíveis de métodos de processamento de baixo para cima - como a impressão 3-D - que, de outra forma, seria um desafio para usar com ferroelétricos cerâmicos tradicionais, "disse Evan Runnerstrom, Ph.D., gerente de programa do Gabinete de Pesquisa do Exército, um elemento do Laboratório de Pesquisa do Exército do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA. "Isso abre caminho para metamateriais ajustáveis ​​para amortecimento de vibrações ou eletrônicos reconfiguráveis, o que poderia permitir que as futuras plataformas do Exército se adaptassem às mudanças nas condições. "