Os aerogéis são materiais leves com poros extensos em microescala, que podem ser usados ​​em isolamento térmico, dispositivos de energia, estruturas aeroespaciais, bem como tecnologias emergentes de eletrônica flexível. No entanto, os aerogéis tradicionais à base de cerâmica tendem a ser frágeis, o que limita seu desempenho em estruturas de suporte de carga. Devido às restrições impostas por seus blocos de construção, as classes recentemente desenvolvidas de aerogéis poliméricos só podem atingir alta resistência mecânica sacrificando sua porosidade estrutural ou características leves.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Lizhi Xu e Dr. Yuan Lin do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade de Hong Kong (HKU), desenvolveu um novo tipo de materiais de aerogel polimérico com vastos valores de aplicação para diversos dispositivos funcionais.

Neste estudo, agora publicado na Nature Communications , um novo tipo de aerogel foi criado com sucesso usando uma rede de nanofibra automontada envolvendo aramidas, ou Kevlar, um material polimérico usado em coletes e capacetes à prova de balas. Em vez de usar fibras de Kevlar em escala milimétrica, a equipe de pesquisa usou um método de processamento de solução para dispersar as aramidas em fibrilas de nanoescala.

As interações entre as nanofibras e o álcool polivinílico, outro polímero macio e “colante”, geraram uma rede fibrilar 3D com alta conectividade nodal e forte ligação entre as nanofibras. "É como uma rede de treliças 3D microscópica, e conseguimos soldar as treliças firmemente, resultando em um material muito forte e resistente que pode suportar cargas mecânicas extensas, superando outros materiais de aerogel", disse o Dr. Xu.

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A equipe também usou simulações teóricas para explicar o excelente desempenho mecânico dos aerogéis desenvolvidos. "Construímos uma variedade de modelos de rede 3D em computador, que capturaram as características essenciais dos aerogéis nanofibrilares", disse o Dr. Lin, que liderou as simulações teóricas da pesquisa.

"A mecânica nodal das redes fibrilares é essencial para seus comportamentos mecânicos gerais. Nossas simulações revelaram que a conectividade nodal e a força de ligação entre as fibras influenciaram a resistência mecânica da rede em muitas ordens de magnitude, mesmo com o mesmo conteúdo sólido", disse Dr. Lin.

"Os resultados são muito empolgantes. Não apenas desenvolvemos um novo tipo de aerogéis poliméricos com excelentes propriedades mecânicas, mas também fornecemos insights para o projeto de vários materiais nanofibrosos", disse o Dr. Xu, acrescentando que "os processos de fabricação simples para esses aerogéis também permitem que eles sejam usados ​​em vários dispositivos funcionais, como eletrônicos vestíveis, proteção térmica, membranas de filtragem e outros sistemas," + Explorar mais

Aerogel de nanofibra de carbono duro torna-se superelástico