p Pesquisadores nos laboratórios de Christopher Bates, professor assistente de materiais na UC Santa Barbara, e Michael Chabinyc, professor de materiais e chefe do departamento, se uniram para desenvolver o primeiro elastômero "escova de garrafas" imprimível em 3-D. O novo material resulta em objetos impressos com maciez e elasticidade incomuns - propriedades mecânicas muito semelhantes às do tecido humano. p Elastômeros convencionais, ou seja, borrachas, são mais rígidos do que muitos tecidos biológicos. Isso é devido ao tamanho e forma de seus polímeros constituintes, que são longos, moléculas lineares que se enroscam facilmente como espaguete cozido. Em contraste, polímeros de escova de garrafas têm polímeros adicionais anexados ao backbone linear, levando a uma estrutura mais parecida com uma escova de garrafa que você pode encontrar em sua cozinha. A estrutura do polímero da escova de garrafas confere a capacidade de formar elastômeros extremamente macios.

p A capacidade de imprimir elastômeros de escova de garrafas em 3D torna possível aproveitar essas propriedades mecânicas exclusivas em aplicações que exigem controle cuidadoso sobre as dimensões de objetos que variam de tecido biomimético a dispositivos eletrônicos de alta sensibilidade, como touch pads, sensores e atuadores.

p Dois pesquisadores de pós-doutorado - Renxuan Xie e Sanjoy Mukherjee - desempenharam papéis importantes no desenvolvimento do novo material. Suas descobertas foram publicadas no jornal Science Advances.

p A principal descoberta de Xie e Mukherjee envolve a automontagem de polímeros de escova de garrafas em escala de comprimento nanométrico, que causa uma transição sólido para líquido em resposta à pressão aplicada. Este material é classificado como um fluido de tensão de escoamento, o que significa que começa como um sólido semi-macio que mantém sua forma, como manteiga ou pasta de dente, mas quando pressão suficiente é aplicada, ele se liquefaz e pode ser espremido por meio de uma seringa. A equipe explora essa propriedade para criar tintas em um processo de impressão 3D denominado escrita direta com tinta (DIW).

p Os pesquisadores podem ajustar o material para fluir sob várias quantidades de pressão para corresponder às condições de processamento desejadas. "Por exemplo, talvez você queira que o polímero mantenha sua forma sob um nível diferente de estresse, como quando a vibração está presente, "diz Xie." Nosso material pode manter sua forma por horas. Isso é importante, porque se o material ceder durante a impressão, a parte impressa terá pouca estabilidade estrutural. "

p Uma vez que o objeto é impresso, A luz ultravioleta incide sobre ele para ativar os reticuladores que Mukherjee sintetizou e incluiu como parte da formulação da tinta. Os reticuladores podem ligar polímeros de escova de garrafas próximos, resultando em um elastômero supermacio. Nesse ponto, o material se torna um sólido permanente - ele não se liquefaz mais sob pressão - e exibe propriedades extraordinárias.

p "Começamos com polímeros longos que não são reticulados, "disse Xie." Isso permite que eles fluam como um fluido. Mas, depois de acender a luz sobre eles, as pequenas moléculas entre as cadeias de polímero reagem e estão ligadas em uma rede, então você tem um sólido, um elastômero que, quando esticado, retornará à sua forma original. "

p A suavidade de um material é medida em termos de seu módulo, e para a maioria dos elastômeros, é bastante alto, o que significa que sua rigidez e elasticidade são semelhantes às de um elástico. “O módulo do nosso material é mil vezes menor que o de um elástico, "Xie observa." É supermacio - parece muito com tecido humano - e muito elástico. Pode esticar cerca de três a quatro vezes o seu comprimento. "

p Uma tinta acidental

p Mukherjee descobriu o material por acidente, ao tentar desenvolver um material para um projeto diferente, um que aumentaria a quantidade de carga que pode ser armazenada por um atuador. Quando o elastômero veio para Xie para caracterização, ele soube imediatamente que era especial. "Pude ver imediatamente que era diferente, porque ele poderia manter sua forma tão bem, "ele lembrou.

p "Quando vimos esse limite de elasticidade realmente bem definido, ficou claro para todos coletivamente que poderíamos imprimi-lo em 3D, "Bates disse, "e isso seria legal, porque nenhum dos materiais imprimíveis em 3D que conhecemos tem essa propriedade supermacia. "

p Os polímeros para frascos já existem há mais de vinte anos. Mas, Bates disse, "O campo explodiu nos últimos dez anos graças aos avanços da química sintética que fornecem um controle primoroso sobre o tamanho e a forma dessas moléculas exclusivas.

p "Esses elastômeros supermacios podem ser aplicáveis ​​como implantes, "Ele acrescentou." Você pode ser capaz de reduzir a inflamação e rejeição pelo corpo se as propriedades mecânicas de um implante corresponderem ao tecido nativo. "

p Outro elemento importante do novo material é que se trata de polímero puro, Chabinyc observou.

p "Não há água ou outro solvente neles para torná-los artificialmente mais macios, " ele disse.

p Para entender a importância de não haver água no polímero, é útil pensar em Jell-O, que é principalmente água e pode manter sua forma, mas apenas enquanto a água permanecer dentro. "Se a água foi embora, então você teria apenas uma pilha informe de material, "disse Chabinyc." Com um polímero convencional, você deve descobrir como manter a quantidade certa de água para manter sua estrutura, mas este novo material é todo sólido, então isso nunca vai mudar. "

p Além disso, o novo material pode ser impresso em 3D e processado sem solvente, o que também é incomum. "As pessoas costumam adicionar solvente para liquefazer um sólido para que ele possa ser espremido para fora de um bico, "disse Xie, "mas se você adicionar solvente, ele precisa evaporar após a impressão, fazendo com que o objeto mude de forma ou se rache. "

p Mukherjee acrescentou, "Queríamos que o material e o processo de impressão fossem o mais limpos e fáceis possíveis, então jogamos um truque de química com solubilidade e automontagem, que permitiu o processo sem solvente. O fato de não usarmos solvente é uma vantagem tremenda. "