p Uma equipe de três professores de engenharia mecânica da Universidade de Delaware, além de pesquisadores de três outras instituições acadêmicas, estão colaborando para desenvolver estruturas de nanotubos de carbono tridimensionais (3D). p Leve e forte, nanotubos de carbono (CNTs) são considerados um material revolucionário com muitas aplicações úteis devido à sua forma única e excelente mecânica, propriedades elétricas e térmicas. Nos últimos 20 anos, pesquisadores exploraram seu uso em eletrônica avançada, ótica e materiais estruturais, como compósitos.

p Embora muitos cientistas tenham estudado nanomateriais de carbono em formas uni e bidimensionais para CNTs e grafeno, respectivamente, esta é a primeira tentativa de criar e usar redes sólidas de nanotubos de carbono 3D.

p Liderado pela Rice University, a doação de US $ 7,5 milhões do Departamento de Defesa (DOD) é financiada pela Multidisciplinary University Research Initiative (MURI). O projeto inclui equipes de pesquisadores da UD, Pennsylvania State University e University of Texas, Dallas.

p Jonghwan Suhr, professor assistente de engenharia mecânica, é o investigador principal da UD no projeto. Os professores Bingqing Wei e X. Lucas Lu são os principais investigadores. Outros parceiros na pesquisa são a Boeing, o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea de Wright Patterson e o Laboratório de Pesquisa do Exército.

p Cada membro da equipe UD traz conhecimento único para o projeto. A experiência de Suhr reside em nanocompósitos e estruturas compostas, enquanto o conhecimento de Lu é em biomecânica. Wei é especialista na síntese de nanomateriais e armazenamento de energia. O financiamento total da UD é de US $ 1 milhão em cinco anos.

p “Para aplicar a tecnologia de nanotubos de carbono em aplicações macroscópicas ou em grande escala, devemos primeiro sintetizar e caracterizar um robusto, nanotubo de carbono 3D estruturalmente sólido, ”Explica Suhr.

p Apesar de desafiador, ele acredita que uma arquitetura 3D tornará os CNTs mais versáteis e pode levar a novas aplicações em materiais estruturais leves, armazenamento de energia e gestão térmica.

p Uma questão chave que impede seu avanço é a falha conjunta. Os CNTs são feitos de um arranjo intrincado de átomos de carbono sintéticos conectados por juntas. A transição de uma arquitetura unidimensional ou bidimensional para uma arquitetura tridimensional é fundamentalmente difícil porque os pesquisadores devem introduzir junções em escala atômica ou juntas entre elementos individuais em nanoescala para que possam ser organizados em uma rede 3D forte.

p Suhr e seus colegas UD planejam superar essa limitação usando novas técnicas de síntese de nanomateriais e avaliando o novo nanomaterial 3D usando teorias biomecânicas normalmente aplicadas à cartilagem ou osso.

p “Nanotubos de carbono tridimensionais são porosos e viscoelásticos, semelhante ao tecido humano. Embora o tecido humano seja uma combinação de tecido e fluido, nanotubos de carbono são uma combinação de material estrutural e ar, ”Diz o Lu.

p Uma vez criado, a equipe UD estudará a resposta eletromecânica do nanotubo usando emissões acústicas, ondas sonoras feitas pela estrutura, para testar a força da arquitetura tridimensional. Depois de determinar em que carga a junta falha, a equipe pode projetar uma maneira de superar essa deficiência.

p “O objetivo é criar materiais sólidos pela montagem controlada e ligação em escala atômica de elementos em nanoescala, levando assim a sólidos de rede com propriedades termoeletromecânicas notavelmente melhoradas, ”Diz Suhr, que também é afiliado ao Centro de Materiais Compostos da UD.

p Se o projeto for bem sucedido, Suhr diz, os pesquisadores desenvolverão uma compreensão mais profunda das relações estrutura-propriedade necessárias para otimizar e, por fim, comercializar arquiteturas de nanotubos de carbono 3D para aplicações industriais. Materiais nanoestruturados 3D verdadeiramente interconectados também fornecerão melhorias excepcionais de propriedades para aplicações que suportam iniciativas estratégicas do DOD.

p “Esta doação de prestígio oferece uma excelente oportunidade para Jonghwan e sua equipe criarem novos avanços fundamentais no uso de nanotubos de carbono, ”Comentou Anette Karlsson, catedrático do Departamento de Engenharia Mecânica.