p Um professor de física de engenharia da Universidade de Wisconsin-Madison criou novos materiais que se comportam de uma maneira incomum que desafia a teoria padrão que os engenheiros usam para projetar coisas como edifícios, aviões, pontes e dispositivos eletrônicos. p É um avanço que pode abrir a porta para o design de novos materiais para aplicações que requerem alta tenacidade, por exemplo, asas de avião que são mais resistentes a fraturas.

p A teoria da elasticidade clássica funciona bem para prever o comportamento da maioria dos materiais comuns, incluindo aço, alumínio e concreto, e garantir que as estruturas possam suportar as forças mecânicas sem quebrar ou deformar muito. Mas para alguns materiais, a teoria é limitante.

p Roderic Lakes e o estudante de graduação Zachariah Rueger usaram a impressão 3-D para fazer seus novos materiais de rede de polímero. Seu design - o padrão no qual as tiras de polímero dos materiais são organizadas - é uma estrutura cruzada repetitiva. Quando é torcido ou dobrado, uma barra dessa estrutura de polímero é cerca de 30 vezes mais rígida do que seria esperado com base na teoria da elasticidade clássica.

p Os pesquisadores de Wisconsin descreveram seus novos materiais de rede na revista Cartas de revisão física em 8 de fevereiro, 2018.

p Realizando medições no laboratório, Lakes determinou que o comportamento dos materiais era consistente com a elasticidade de Cosserat, uma teoria mais descritiva da elasticidade que leva em consideração o tamanho da estrutura subjacente de um material.

p "Quando você tem um material com subestrutura, como algumas espumas, treliças e materiais reforçados com fibra, há mais liberdade nele do que a teoria clássica da elasticidade pode suportar, "Lakes diz." Portanto, estamos estudando a liberdade dos materiais de se comportarem de maneiras não previstas pela teoria padrão. "

p Essa maior liberdade oferece um caminho potencial para a criação de novos materiais imunes à concentração de estresse; em outras palavras, materiais com tenacidade aprimorada. Esses materiais seriam úteis para uma variedade de aplicações, incluindo tornar as asas do avião mais resistentes a rachaduras.

p Se uma rachadura se formar na asa de um avião, o estresse está concentrado em torno da rachadura, tornando a asa mais fraca. "Você precisa de uma certa quantidade de estresse para quebrar algo, mas se houver uma rachadura nele, você pode quebrá-lo com menos estresse, "Lakes diz.

p O uso da teoria da elasticidade de Cosserat para informar o projeto de materiais resultará em materiais mais resistentes nos quais as tensões são distribuídas de forma diferente em todos os materiais, de acordo com Lagos.

p Esses mesmos efeitos estão presentes em materiais como ossos e certos tipos de espumas. Contudo, quando os engenheiros fazem espuma para a almofada do assento, por exemplo, eles não têm muito controle sobre a subestrutura da espuma - as pequenas bolhas que se formam e compõem as células dentro da espuma. Como resultado, eles têm capacidade limitada de ajustar os efeitos do Cosserat.

p Em contraste com a espuma, os pesquisadores da UW – Madison podem ajustar os efeitos do Cosserat em seus materiais de rede e torná-los muito fortes.

p "Desenvolvemos um material no qual temos controle excepcionalmente detalhado sobre a estrutura fina de nossa rede, e isso nos permitiu alcançar efeitos muito fortes ao dobrar e torcer o material, "Lakes diz.