A professora assistente de engenharia mecânica e industrial Marilyn Minus desenvolveu uma fibra super forte que rivaliza com as melhores do setor. Crédito:Mary Knox Merrill
No mercado atual de fibras de alto desempenho, usado para aplicações como coletes à prova de balas, os fabricantes têm apenas quatro opções:Kevlar, Spectra, Dyneema, e Zylon. Feito de polímeros, como polietileno, essas eram as fibras sintéticas mais fortes do mundo - até recentemente.
Marilyn Minus, professor assistente de engenharia da Northeastern, desenvolveu um tipo de fibra que é mais forte do que os três primeiros produtos comerciais mencionados acima, e - mesmo em sua primeira geração - se aproxima muito da força do quarto (Zylon).
Adicionando pequenas quantidades de nanotubos de carbono - direto, partículas cilíndricas feitas inteiramente de carbono - as fibras de polímero aumentam sua resistência marginalmente. Mas, como estudante de graduação no Instituto de Tecnologia da Geórgia há cinco anos, Minus percebeu que com um pouco mais de controle, ela pode ser capaz de transformar essas melhorias modestas em dramáticas. Ela passou os últimos quatro anos na Nordeste comprovando seu palpite.
Em artigo publicado recentemente na revista Materiais Macromoleculares e Engenharia , A Minus apresentou um processo ajustável para a criação de fibras superfortes que rivalizam com as melhores do setor. Tal como acontece com o trabalho anterior, O método de Minus integra nanotubos de carbono na fibra de polímero, mas em vez de servir simplesmente como um ingrediente adicionado, os nanotubos agora também desempenham um papel organizacional.
De pó de negro de fumo a partículas metálicas, uma variedade de materiais pode orientar a formação de tipos específicos de cristais em um processo denominado nucleação. Mas antes dos nanotubos de carbono, Minus disse, "nunca tivemos um material nucleante tão semelhante aos polímeros."
As fibras criadas pela equipe da Minus são mostradas em vermelho. Ajustar o processo de cristalização os torna mais fortes do que qualquer outro material no mercado, exceto o Zylon. Crédito:Marilyn Minus.
Essa semelhança permite que os nanotubos atuem como patins ao longo dos quais as longas cadeias de polímero podem deslizar, alinhando-se perfeitamente um com o outro.
Mas é o processo de cristalização que impulsiona as propriedades notáveis relatadas recentemente. Em sua pesquisa, Minus e seus colegas mostraram que podem facilmente ativar ou desativar essas propriedades. Ao mudar nada além do padrão de aquecimento e resfriamento do material, eles foram capazes de aumentar a resistência e a tenacidade das fibras feitas com os mesmos ingredientes.
Depois de usar o ajuste do processo de cristalização, a imagem do microscópio eletrônico mostra que os nanotubos dentro da fibra são revestidos de polímero. Crédito:Marilyn Minus
Na pesquisa atual, Minus e seus colegas elaboraram a receita e o processo para um polímero específico:álcool polivinílico. "Mas podemos fazer isso com outros polímeros e estamos fazendo, " ela disse.
A simples combinação de nanotubos e polímero não induz o polímero a revestir uniformemente o nanotubo. Crédito:Marilyn Minus
Com financiamento de uma nova doação da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa, Minus irá agora resolver o método para um polímero chamado poliacrilonitrilo, ou PAN. Este é o material dominante usado para formar fibras de carbono, que são de particular interesse em materiais compostos leves, como os usados no avião Boeing 787. Com a estrutura mais organizada proporcionada pelo método de Minus, este material pode ver um grande aumento em seu já grande desempenho.
