p (PhysOrg.com) - Arthur puxou uma espada de uma pedra, provando a um reino que as batidas certas podem. Pesquisadores da Rice University estão defendendo o mesmo ponto no reino da nanoescala. p Nesse caso, a espada é um nanotubo de carbono com paredes múltiplas e a pedra é uma gota de epóxi.

p Saber exatamente quanta força é necessária para puxar o nanotubo do cordão é essencial para o avanço dos cientistas de materiais na arte de tornar mais forte, compostos mais leves para tudo, desde artigos esportivos a naves espaciais.

p Uma equipe liderada por Jun Lou, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Rice, e o primeiro autor Yogeeswaran Ganesan, que recentemente obteve seu doutorado no laboratório de Lou, publicou um artigo na revista American Chemical Society Applied Materials and Interfaces descrevendo seu trabalho para medir a resistência da interface de compósitos epóxi reforçados com nanotubos de carbono.

p Lou, Ganesan e seus colegas têm um segundo novo artigo em ACS Nano sobre o uso da mesma técnica para medir o efeito da dopagem com nitrogênio nas propriedades mecânicas dos nanotubos de carbono.

p Os nanotubos estão encontrando seu caminho nos produtos conforme os fabricantes apostam em sua reputação de robustez e leveza. Pode-se comprar tacos de beisebol, raquetes de tênis e bicicletas caras reforçadas com nanotubos.

p "Os nanotubos de carbono são tão pequenos (uma mecha de cabelo tem 50 anos, 000 vezes mais amplo) que, a fim de usá-los na escala humana, você tem que fazer algo para torná-los maiores, "Lou disse.

p Uma delas é misturá-los em compostos, uma ciência imperfeita que envolve muitas tentativas e erros, uma vez que a possível força da interface entre cada tipo de nanotubo e cada tipo de material de base não é bem compreendida. Lou e sua equipe pretendem eliminar as suposições com uma forma de medir propriedades importantes de um composto antes que o primeiro lote seja misturado.

p "Você não quer gastar muito tempo e dinheiro em um tratamento químico sofisticado sem saber o que está acontecendo na interface crítica, "Lou disse.

p Testes de arrancamento de fibra única têm sido usados ​​desde os primeiros dias da fabricação de compósitos para medir não apenas a resistência de uma ligação, mas quando, por que e como isso vai quebrar. Isso é difícil em nanoescala. Outros usaram microscópios de força atômica como parte do mecanismo de tração, mas o método tem suas limitações, Disse Lou.

p A equipe do Rice construiu um dispositivo melhor:uma mola conjunto micromecânico push-pull em um chip de silício que permite aos pesquisadores amarrar um nanotubo de paredes múltiplas a um manto de epóxi de um lado enquanto o outro é mantido firmemente no lugar com uma âncora de platina. Pressionar a mola aplica força igual a ambos os lados, permitindo que os pesquisadores vejam o quanto é necessário para retirar o tubo do epóxi.

p A equipe relatou no primeiro artigo que as forças de ligação de nanotubos de paredes múltiplas a um epóxi de uso geral chamado Epon 828 eram na verdade mais fracas do que esperavam. "Começamos a entender que adicionar nanotubos ao material a granel nem sempre oferece melhores propriedades, "Lou disse." Você tem que ter muito cuidado sobre como adicioná-los e que tipo de interface eles formam. "

p Como os lotes de nanotubos tendem a ficar juntos, alguns fabricantes funcionalizam suas superfícies para dispersá-las antes de misturar em um material. "Mas isso pode perturbar a parede externa, e isso é uma coisa ruim, "Lou disse." Se você fizer algo para tornar os nanotubos facilmente dispersíveis, mas diminuir sua força intrínseca, você está atirando no próprio pé. "

p Por outro lado, ele disse, "Se os fabricantes precisarem de um material resistente que absorva energia sem quebrar, uma interface mais fraca pode não ser uma coisa ruim. Durante este processo de retirada, há muito atrito na interface do nanotubo e da matriz, e o atrito é efetivamente uma forma de dissipar energia. "

p Às vezes, o produto final é melhor se o nanotubo se esticar antes de quebrar. No artigo ACS Nano, a equipe comparou a resistência à tração de nanotubos de carbono de paredes múltiplas e cristalinos e dopados com nitrogênio. Eles descobriram que os tubos primitivos tendem a quebrar de uma forma frágil, enquanto os tubos dopados com nitrogênio exibem sinais de plasticidade - "estrangulamento" antes de quebrar.

p Isso pode ser desejável para certos materiais, Disse Lou. "Você não constrói uma ponte de cerâmica. Você a constrói de aço por causa de sua plasticidade.

p "Se pudermos desenvolver um composto de nanotubo com plasticidade à temperatura ambiente, vai ser fantástico, "disse ele." Vai encontrar muitos, muitos usos. "

p Lou disse que a técnica versátil de Rice para realizar experimentos nanomecânicos está prestes a encontrar muitas respostas há muito procuradas. "O desenvolvimento da capacidade de engenharia de nanocompósitos com propriedades mecânicas adaptadas para aplicações específicas é o santo graal proverbial de todas as pesquisas de nanocompósitos estruturais, "Ganesan disse." A técnica essencialmente nos leva um passo mais perto de alcançar este objetivo. "