p Imagine um balão que pudesse flutuar sem usar nenhum gás mais leve que o ar. Em vez de, ele poderia simplesmente ter todo o seu ar sugado enquanto mantinha sua forma preenchida. Esse balão de vácuo, o que poderia ajudar a aliviar a atual escassez de hélio no mundo, só pode ser feito se existir um novo material que seja forte o suficiente para sustentar a pressão gerada pela expulsão de todo aquele ar, embora ainda seja leve e flexível. p A cientista de materiais da Caltech Julia Greer e seus colegas estão no caminho para desenvolver esse material e muitos outros que possuem combinações de propriedades inéditas. Por exemplo, eles podem criar um material que é termicamente isolante, mas também extremamente leve, ou um que seja simultaneamente forte, leve, e inquebrável - propriedades que geralmente são consideradas mutuamente exclusivas.

p A equipe de Greer desenvolveu um método para construir novos materiais estruturais, aproveitando as propriedades incomuns que os sólidos podem ter em escala nanométrica, onde os recursos são medidos em bilionésimos de metros. Em um artigo publicado na edição de 12 de setembro da revista Ciência , os pesquisadores do Caltech explicam como eles usaram o método para produzir uma cerâmica (por exemplo, um pedaço de giz ou um tijolo) que contém cerca de 99,9 por cento de ar, mas é incrivelmente forte, e isso pode recuperar sua forma original depois de ser destruído em mais de 50 por cento.

p "A cerâmica sempre foi considerada pesada e quebradiça, "diz Greer, professor de ciência dos materiais e mecânica na Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas da Caltech. "Estamos mostrando que, de fato, eles também não precisam ser. Isso demonstra muito claramente que, se você usar o conceito de nanoescala para criar estruturas e, em seguida, usar essas nanoestruturas como LEGO para construir materiais maiores, você pode obter quase qualquer conjunto de propriedades que desejar. Você pode criar materiais por design. "

p Os pesquisadores usam um método de gravação direta a laser chamado litografia de dois fótons para "escrever" um padrão tridimensional em um polímero, permitindo que um feixe de laser reticule e endureça o polímero onde quer que esteja focado. As partes do polímero que foram expostas ao laser permanecem intactas enquanto o resto é dissolvido, revelando um andaime tridimensional. Essa estrutura pode então ser revestida com uma fina camada de praticamente qualquer tipo de material - um metal, uma liga, um copo, um semicondutor, etc. Em seguida, os pesquisadores usam outro método para gravar o polímero de dentro da estrutura, deixando uma arquitetura vazia.

p As aplicações desta técnica são praticamente ilimitadas, Greer diz. Uma vez que praticamente qualquer material pode ser depositado nos andaimes, o método pode ser particularmente útil para aplicações em óptica, eficiência energética, e biomedicina. Por exemplo, pode ser usado para reproduzir estruturas complexas, como ossos, produzindo uma estrutura de materiais biocompatíveis em que as células poderiam proliferar.

p No trabalho mais recente, Greer e seus alunos usaram a técnica para produzir o que eles chamam de nanolattices tridimensionais que são formados por um padrão repetido em nanoescala. Após a etapa de padronização, eles revestiram o andaime de polímero com uma cerâmica chamada alumina (isto é, óxido de aluminio), produção de estruturas de alumina de tubo oco com paredes que variam em espessura de 5 a 60 nanômetros e tubos de 450 a 1, 380 nanômetros de diâmetro.

p A seguir, a equipe de Greer queria testar as propriedades mecânicas dos vários nanolattices que eles criaram. Usando dois dispositivos diferentes para cutucar e cutucar materiais em nanoescala, eles esmagaram, esticado, e de outra forma tentou deformar as amostras para ver como elas se sustentavam.

p Eles descobriram que as estruturas de alumina com uma espessura de parede de 50 nanômetros e um diâmetro de tubo de cerca de 1 mícron se estilhaçavam quando comprimidas. Isso não foi surpreendente, dado que a cerâmica, especialmente aqueles que são porosos, são frágeis. Contudo, comprimir redes com uma razão mais baixa de espessura de parede para diâmetro de tubo - onde a espessura da parede era de apenas 10 nanômetros - produziu um resultado muito diferente.

p "Você deforma isso, e de repente, ele salta de volta, "Greer diz." Em alguns casos, fomos capazes de deformar essas amostras em até 85 por cento, e eles ainda poderiam se recuperar. "

p Para entender por que, considere que a maioria dos materiais frágeis, como cerâmica, silício, e o vidro se estilhaça porque estão cheios de falhas - imperfeições como pequenos vazios e inclusões. Quanto mais perfeito o material, menor será a probabilidade de você encontrar um ponto fraco onde ele irá falhar. Portanto, os pesquisadores levantam a hipótese, quando você reduz essas estruturas até o ponto em que as paredes individuais têm apenas 10 nanômetros de espessura, tanto o número de falhas quanto o tamanho de quaisquer falhas são reduzidos ao mínimo, tornando toda a estrutura muito menos provável de falhar.

p "Um dos benefícios de usar nanolattices é que você melhora significativamente a qualidade do material porque está usando dimensões tão pequenas, "Diz Greer." É basicamente o mais próximo de um material ideal que você pode conseguir, e você obtém o benefício adicional de precisar apenas de uma pequena quantidade de material para fazê-los. "

p O laboratório Greer está agora buscando agressivamente várias maneiras de aumentar a produção desses chamados metamateriais.