Um aerogel cerâmico feito com nanocristais e incorporado em uma matriz para uso em aplicações de isolamento térmico

Projeto multiescala de aerogel nanofibroso cerâmico hipocristalino. a, Modos de deformação e os correspondentes ν e α de células fibrosas cerâmicas cristalinas (C), amorfas (A) e hipocristalinas (H) sob excitações mecânicas e térmicas. A barra de escala colorida indica a variação da cerâmica de amorfo para cristal usando uma impressão digital baseada em entropia local para caracterizar a cristalinidade de cada átomo no sistema simulado. b, Ilustração do projeto de arquitetura em zig-zag baseado em cerâmica fibrosa hipocristalina. As unidades das barras de escala coloridas são milímetros, apresentando valores absolutos de deslocamento no cálculo de ν e α. As células triangulares, quadradas e pentagonais são as unidades de construção para montar a estrutura fibrosa do aerogel. Crédito:Natureza (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04784-0

Uma equipe de pesquisadores do Harbin Institute of Technology, na China, trabalhando com um colega nos EUA, desenvolveu um novo tipo de aerogel para uso em aplicações de materiais flexíveis de isolamento térmico. Em seu artigo publicado na revista Nature , o grupo descreve como eles fizeram seu aerogel e como ele funcionou quando o calor extremo foi aplicado.
Trabalhos anteriores mostraram que aerogéis feitos com materiais cerâmicos funcionam muito bem como isolantes térmicos – suas densidades muito baixas têm condutividade térmica muito baixa. Mas esses materiais são frágeis, tornando-os indisponíveis para uso em aplicações de materiais flexíveis, como roupas para bombeiros. Eles também tendem a quebrar quando expostos a temperaturas muito altas. Nesse novo esforço, os pesquisadores desenvolveram um método para fazer um aerogel à base de cerâmica que pode ser usado em aplicações flexíveis e que também não quebra quando exposto a temperaturas muito altas.

Para criar seu aerogel, os pesquisadores adotaram uma nova abordagem – eles empurraram um precursor de zircônio-silício, usando uma seringa de plástico, em uma câmara com fluxo de ar turbulento – uma abordagem de eletrofiação que produziu um material cerâmico que se assemelhava a algodão doce. Eles então dobraram o material resultante em um padrão de ziguezague e o aqueceram a 1100°C. Aquecê-lo dessa maneira mudou a textura do material de um estado vítreo para um nanocristal. O estudo do material resultante usando um espectroscópio mostrou que sua abordagem resultou na criação de um material com bits nanocristalinos incorporados em uma matriz amorfa de zircão - um aerogel flexível feito com uma cerâmica que não era propensa a quebrar sob altas temperaturas.

Os pesquisadores testaram o material usando-o para isolar um tubo de combustível de avião e aplicando um maçarico de butano por cinco minutos. Eles descobriram que o uso de uma barreira genérica de poliimida permitia que as temperaturas no tubo atingissem 267° C, enquanto um aerogel convencional mantinha a temperatura em 159° C e o novo gel a mantinha em apenas 33° C. Eles também descobriram que o material era flexível o suficiente para permitir o uso em panos flexíveis, como aqueles usados para fazer roupas de proteção para bombeiros. + Explorar mais