p Os engenheiros da Rice University estão usando impressoras 3-D para transformar estruturas que até agora existiam principalmente na teoria em fortes, materiais leves e duráveis ​​com complexos, padrões de repetição. p As estruturas porosas chamadas de schwarzites são projetadas com algoritmos de computador, mas os pesquisadores do Rice descobriram que podiam enviar dados dos programas para impressoras e fazer a macroescala, modelos de polímero para teste. Suas amostras se esforçam para usar o mínimo de material possível e ainda fornecer resistência e compressibilidade.

p Os resultados relatados em Materiais avançados são obras de arte que um dia podem levar a dispositivos eletrônicos em nanoescala, catalisadores, peneiras moleculares e componentes de bateria, e na macroescala pode tornar-se de alta carga, componentes resistentes ao impacto para edifícios, carros e aeronaves.

p Pode algum dia ser possível, eles disseram, para imprimir um edifício inteiro como um "tijolo" de schwarzite.

p Schwarzites, em homenagem ao cientista alemão Hermann Schwarz, que hipotetizou as estruturas na década de 1880, são maravilhas matemáticas que inspiraram um grande número de construções e materiais orgânicos e inorgânicos. A descoberta em Rice do ganhador do Prêmio Nobel de buckminsterfullerene (ou buckyball) forneceu mais inspiração para os cientistas explorarem o design de formas 3-D a partir de superfícies 2-D.

p Essas estruturas permaneceram teóricas até que as impressoras 3-D forneceram a primeira maneira prática de fazê-las. O cientista do laboratório de materiais do arroz Pulickel Ajayan, em colaboração com pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, investigou a construção de baixo para cima de schwarzitos por meio de simulações de dinâmica molecular e, em seguida, imprimiu essas simulações na forma de cubos de polímero.

p "As geometrias deles são realmente complexas; tudo é curvo, as superfícies internas têm curvatura negativa e as morfologias são muito interessantes, "disse o pesquisador de pós-doutorado de Rice, Chandra Sekhar Tiwary, que liderou um estudo anterior que mostrou como as conchas do mar protegem os corpos moles de pressões extremas, transferindo estresse por todas as suas estruturas.

p "As estruturas de Schwarzite são praticamente as mesmas, "disse ele." A teoria mostra que, em escala atômica, esses materiais podem ser muito fortes. Acontece que aumentar a geometria com polímero nos dá um material com alta capacidade de carga. "

p Schwarzites também exibiram excelentes características de deformação, ele disse. "A forma como um material se quebra é importante, "Tiwary disse." Você não quer que as coisas quebrem catastroficamente; você quer que eles quebrem lentamente. Essas estruturas são lindas porque se você aplicar força em um lado, eles se deformam lentamente, camada por camada.

p "Você pode fazer uma construção inteira com este material, e se algo cair sobre ele, vai entrar em colapso lentamente, então o que está dentro será protegido, " ele disse.

p Porque eles podem assumir uma variedade de formas, a equipe do Rice limitou sua investigação a estruturas primitivas e giróides, que têm superfícies mínimas periódicas conforme originalmente concebidas por Schwarz. Em testes, ambos transferiram cargas em toda a geometria das estruturas, independentemente do lado que foi comprimido. Isso se manteve verdadeiro nas simulações em nível de átomo, bem como nos modelos impressos.

p Isso foi inesperado, disse Douglas Galvão, professora da Universidade Estadual de Campinas que estuda nanoestruturas por meio de simulações de dinâmica molecular. Ele sugeriu o projeto quando Tiwary visitou o campus do Brasil como bolsista de pesquisa da American Physical Society e da Brazilian Physical Society.

p "É um pouco surpreendente que algumas características da escala atômica sejam preservadas nas estruturas impressas, "Disse Galvão." Discutimos que seria bom se pudéssemos traduzir os modelos atômicos de schwarzita em estruturas impressas em 3-D. Depois de algumas tentativas, funcionou muito bem. Este artigo é um bom exemplo de uma colaboração teoria-experimento eficaz. "

p Os pesquisadores disseram que o próximo passo será refinar as superfícies com impressoras de alta resolução e minimizar ainda mais a quantidade de polímero para tornar os blocos ainda mais leves. Em um futuro distante, eles imaginam imprimir schwarzites 3-D com materiais cerâmicos e metálicos em uma escala maior.

p "Não há razão para que sejam blocos, "disse o co-autor e estudante de pós-graduação da Rice, Peter Owuor." Basicamente, estamos fazendo cristais perfeitos que começam com uma única célula que podemos replicar em todas as direções. "