Difícil, forte e resistente ao calor:material bioinspirado para substituir os plásticos
p Com base em diferentes matérias-primas disponíveis comercialmente (por exemplo, TiO2-mica, Fe2O3-mica), uma variedade de materiais estruturais bioinspirados totalmente naturais com cores diferentes podem ser fabricados. Crédito:GUAN Qingfang
p A vida moderna depende muito de plásticos, mesmo que sua produção à base de petróleo crie sérios desafios ambientais. A indústria atualmente carece de alternativas sustentáveis devido às suas propriedades mecânicas limitadas ou processos de fabricação complexos. Uma estratégia avançada para projetar e produzir materiais estruturais sustentáveis de alto desempenho é, portanto, muito necessária. p Esse novo material bioinspirado agora está disponível para substituir os plásticos à base de petróleo. Uma equipe liderada pelo Prof. Shu-Hong Yu da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) relata um método para fabricar materiais com estrutura semelhante à nácar de fibra derivada de madeira e mica, com adaptação à produção em massa, boa processabilidade, e coloração ajustável.
p O nácar natural tem uma estrutura ordenada hierarquicamente em níveis multiescala, assim como tijolos e argamassa, permitindo que seja tanto de força quanto de resistência. Inspirado por nácar, os pesquisadores imitam a estrutura de tijolo e argamassa ordenada usando o TiO
2 microplaca de mica revestida (TiO
2 -mica) e nanofibra de celulose (CNF) pelo método de montagem de deformação direcional proposto.
p Este método pressiona diretamente o hidrogel de TiO
2 -mica e CNF, while mantém inalterado o tamanho nas direções no plano. A espessura do hidrogel é drasticamente reduzida e os materiais são construídos diretamente com a estrutura de tijolo e argamassa altamente ordenada.
p Na nanoescala, o TiO
2 nanogrãos na superfície do TiO
2 -mica leva à dissipação de energia eficiente por deslizamento friccional durante TiO
2 -mica pull-out. Toda a estrutura ordenada hierarquicamente em níveis multiescala contribui para a redistribuição da carga e o aumento da resistência.
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p Um protótipo de capa de celular feito com esse material bioinspirado. Graças à sua boa processabilidade, o material pode ser fabricado na forma e tamanho desejados, mostrando um vasto potencial para substituir plásticos para aplicações práticas, por exemplo, suporte estrutural para dispositivos eletrônicos pessoais de última geração. Crédito:GUAN Qingfang
- p Porque o método de fabricação proposto, conjunto de deformação direcional, é eficaz e escalonável, a produção em massa de material estrutural totalmente natural com bioinspiração pode ser alcançada. Crédito:GUAN Qingfang
p Os materiais obtidos têm excelente resistência (~ 281 MPa) e tenacidade (~ 11,5 MPa m1 / 2), que são mais de 2 vezes maiores do que aqueles de plásticos de engenharia de alto desempenho (por exemplo, poliamidas, policarbonato aromático), tornando-se um forte concorrente dos plásticos à base de petróleo.
p Melhor ainda, esses materiais se adaptam a temperaturas que variam de -130 ° C a 250 ° C, enquanto os plásticos normais amolecem facilmente em altas temperaturas. Portanto, esses materiais são mais seguros e confiáveis em temperaturas altas ou variáveis.
