Uma casca fina de polímero macio pode ajudar a evitar que as estruturas de cerâmica nodosas se quebrem, de acordo com cientistas de materiais da Rice University.

Cerâmica feita com impressoras 3D racha sob tensão como qualquer prato ou tigela. Mas coberto por um polímero macio curado sob luz ultravioleta, os mesmos materiais têm uma chance muito melhor de manter sua integridade estrutural, muito parecido com o vidro tratado do pára-brisa de um carro, é menos provável que se estilhace.

A pesquisa na Brown School of Engineering de Rice, que aparece em Avanços da Ciência , demonstra o conceito em schwarzites, redes complexas que por décadas existiam apenas como teoria, mas agora podem ser feitas com impressoras 3D. Com polímeros adicionados, eles se parecem com estruturas encontradas na natureza, como conchas e ossos que consistem em plaquetas endurecidas em uma matriz de biopolímero.

Schwarzites, nomeado em homenagem ao cientista alemão Hermann Schwarz, que hipotetizou na década de 1880 as estruturas "negativamente curvas" poderiam ser usadas onde quer que materiais muito fortes, mas leves, sejam necessários, de baterias a ossos e edifícios.

Os pesquisadores liderados pelos cientistas de materiais do arroz Pulickel Ajayan e Muhammad Rahman e pelo estudante de graduação e autor principal Seyed Mohammad Sajadi provaram por meio de experimentos e simulações que um revestimento de polímero de até 100 mícrons de espessura tornará os schwarzites frágeis até 4,5 vezes mais resistentes a fraturas catastróficas .

As estruturas ainda podem rachar sob pressão, mas eles não vão desmoronar.

"Vimos claramente que as estruturas não revestidas são muito frágeis, "disse Rahman, um cientista pesquisador da Rice. "Mas quando colocamos as estruturas revestidas sob compressão, eles vão levar a carga até que se quebrem completamente. E curiosamente, mesmo assim, eles não se quebram completamente. Eles permanecem fechados como vidro laminado. "

O time, com membros na Hungria, Canadá e Índia, criou modelos de computador das estruturas e os imprimiu com uma "tinta" de cerâmica infundida com polímero. A cerâmica foi curada na hora por luz ultravioleta na impressora, e então mergulhado em polímero e curado novamente.

Junto com unidades de controle não revestidas, os blocos intrincados foram então submetidos a alta pressão. Os schwarzites de controle quebraram como esperado, mas o revestimento de polímero evitou que rachaduras se propagassem nos outros, permitindo que as estruturas mantenham sua forma.

Os pesquisadores também compararam os schwarzitas a cerâmicas sólidas revestidas e descobriram que as estruturas porosas eram inerentemente mais resistentes.

"A arquitetura definitivamente tem um papel, "Sajadi disse." Vimos que se revestirmos uma estrutura sólida, o efeito do polímero não foi tão eficaz quanto com a schwarzita. "

Ajayan disse que os revestimentos agem um pouco como os materiais naturais que imitam, à medida que o polímero infunde defeitos na cerâmica e aumenta sua resistência.

Rahman disse que várias aplicações estruturais poderiam se beneficiar de cerâmicas aprimoradas com polímero. Sua biocompatibilidade também poderia eventualmente torná-los adequados para próteses.

"Tenho certeza de que, se pudermos otimizar essas estruturas topologicamente, eles também mostram uma boa promessa para uso como bioscaffolds, "Disse Rahman.