p Nanofibras - fios de material com apenas algumas centenas de nanômetros de diâmetro - têm uma grande variedade de aplicações possíveis:andaimes para órgãos de bioengenharia, filtros ultrafinos de ar e água, e armadura corporal leve de Kevlar, para citar apenas alguns. Mas por enquanto, a despesa de produzi-los confiou-os a alguns produtos de alto padrão, aplicações de nicho. p Luis Velásquez-García, um dos principais cientistas de pesquisa dos Laboratórios de Tecnologia de Microsistemas do MIT, e seu grupo espera mudar isso. No Workshop Internacional sobre Micro e Nanotecnologia para Aplicações de Geração e Conversão de Energia em dezembro, Velásquez-García, seu aluno Philip Ponce de Leon, e Frances Hill, um pós-doutorado em seu grupo, irá descrever um novo sistema para fiação de nanofibras que deve oferecer aumentos de produtividade significativos enquanto reduz drasticamente o consumo de energia.

p Usando técnicas de fabricação comuns na indústria de microchip, os pesquisadores do MTL construíram uma matriz de pontas cônicas de um centímetro quadrado, que eles imersos em um fluido contendo um plástico dissolvido. Eles então aplicaram uma voltagem à matriz, produzindo um campo eletrostático mais forte nas pontas dos cones. Em uma técnica conhecida como eletrofiação, os cones ejetam o plástico dissolvido como um fluxo que se solidifica em uma fibra de apenas 220 nanômetros de diâmetro.

p Em seus experimentos, os pesquisadores usaram uma série de cones de cinco por cinco, que já resulta em um aumento de sete vezes na produtividade por centímetro quadrado, mesmo em relação aos melhores métodos existentes. Mas, Velásquez-García diz, deve ser relativamente simples embalar mais cones em um chip, aumentando ainda mais a produtividade. De fato, ele diz, em trabalho anterior em uma técnica semelhante chamada electrospray, seu laboratório foi capaz de amontoar quase mil emissores em um único centímetro quadrado. E várias matrizes podem ser combinadas em um painel para aumentar ainda mais os rendimentos.

p Superfícies, do princípio

p Como o novo artigo foi preparado para uma conferência de energia, concentra-se em aplicações de energia. Mas as nanofibras podem ser úteis para qualquer dispositivo que precise maximizar a relação entre a área de superfície e o volume, Velásquez-García diz. Capacitores - componentes do circuito que armazenam eletricidade - são um exemplo, porque a capacitância é dimensionada com a área de superfície. Os eletrodos usados ​​nas células de combustível são outro, porque quanto maior a área de superfície dos eletrodos, mais eficientemente eles catalisam as reações que impulsionam a célula. Mas quase qualquer processo químico pode se beneficiar do aumento da área de superfície dos catalisadores, e aumentar a área de superfície dos andaimes de órgãos artificiais dá às células mais pontos para aderir.

p Outra aplicação promissora das nanofibras é em malhas tão finas que permitem a passagem apenas de partículas em nanoescala. O exemplo no novo artigo vem novamente da pesquisa de energia:as membranas que separam as metades de uma célula a combustível. Mas malhas semelhantes podem ser usadas para filtrar água. Esses aplicativos, Velásquez-García diz, dependem crucialmente da consistência no diâmetro da fibra, outro aspecto em que a nova técnica oferece vantagens sobre suas predecessoras.

p As técnicas de eletrofiação existentes geralmente dependem de bicos minúsculos, através do qual o polímero dissolvido é forçado. Variações nas condições operacionais e na forma dos bicos podem causar grande variação no diâmetro da fibra, e o sistema hidráulico dos bicos significa que eles não podem ser embalados de forma tão justa. Alguns fabricantes desenvolveram dispositivos de fiação de fibra que usam campos eletrostáticos, mas seus emissores são feitos usando processos muito mais rudes do que as técnicas de fabricação de chips exploradas pelos pesquisadores da MTL. Como consequência, não são apenas as matrizes de pontas muito menos densas, mas os dispositivos consomem mais energia.

p "O campo eletrostático é aumentado se o diâmetro da ponta for menor, "Velásquez-García diz." Se você tem dicas de, dizer, diâmetro milimétrico, então, se você aplicar voltagem suficiente, você pode acionar a ionização do líquido e das fibras de spin. Mas se você puder torná-los mais nítidos, então você precisa de muito menos voltagem para obter o mesmo resultado. "

p Vime mau

p O uso de tecnologias de microfabricação não só permitiu aos pesquisadores da MTL embalar seus cones com mais firmeza e afiar suas pontas, mas também deu a eles um controle muito mais preciso da estrutura das superfícies dos cones. De fato, as laterais dos cones têm uma textura protuberante que os ajuda a absorver o fluido no qual o polímero está dissolvido. Em experimentos em andamento, os pesquisadores também cobriram os cones com o que Velásquez-García descreve como uma "lã" de nanotubos de carbono, que deve funcionar melhor com alguns tipos de materiais.

p De fato, Velásquez-García diz, os resultados de seu grupo não dependem apenas do projeto dos próprios emissores, mas em um equilíbrio preciso entre a estrutura dos cones e seu revestimento texturizado, a força do campo eletrostático, e a composição do banho de fluido em que os cones estão imersos.

p "Fabricar emissores exatamente idênticos em paralelo com alta precisão e muito rendimento - esta é sua principal contribuição, Na minha opinião, "diz Antonio Luque Estepa, professor associado de engenharia elétrica na Universidade de Sevilha, especializado em deposição por eletropulverização e eletrofiação. "Fabricar um é fácil. Mas 100 ou 1, 000 deles, isso não é tão fácil. Muitas vezes há problemas com as interações entre uma saída e a saída ao lado dela. "

p A técnica de microfabricação que o grupo de Velásquez-García emprega, Luque acrescenta, "não limita o número de saídas que eles podem integrar em um chip." Embora até que ponto o grupo pode aumentar a densidade do emissor ainda está para ser visto, Luque diz, ele está confiante de que "eles podem aumentar em dez vezes o que está disponível no momento". p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.