p Cientistas e engenheiros estão envolvidos em uma corrida global para fazer novos materiais que sejam tão finos, leve e forte possível. Essas propriedades podem ser alcançadas projetando materiais em nível atômico, mas eles só são úteis se puderem sair das condições cuidadosamente controladas de um laboratório. p Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia criaram agora as placas mais finas que podem ser pegadas e manipuladas à mão.

p Apesar de ser milhares de vezes mais fino do que uma folha de papel e centenas de vezes mais fino do que filme plástico ou folha de alumínio, suas placas corrugadas de óxido de alumínio voltam à sua forma original após serem dobradas e torcidas.

p Como filme plástico, materiais comparativamente finos se enrolam imediatamente sobre si mesmos e ficam presos em formas deformadas se não forem esticados em uma estrutura ou apoiados por outro material.

p Ser capaz de ficar em forma sem suporte adicional permitiria a este material, e outros projetados em seus princípios, para ser usado na aviação e outras aplicações estruturais onde o baixo peso é um prêmio.

p O estudo foi liderado por Igor Bargatin, a classe de 1965, professor assistente de Engenharia Mecânica e Mecânica Aplicada na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Penn, junto com o membro do laboratório Keivan Davami, um pós-doutorado, e Prashant Purohit, professor associado de engenharia mecânica. John Cortes e Chen Lin, membros do laboratório Bargatin, ambos alunos de pós-graduação; Lin Zhao, um ex-aluno do programa de mestrado em nanotecnologia da Engenharia; e Eric Lu e Drew Lilley, alunos de graduação do Programa Integrado Vagelos de Pesquisa Energética, também contribuiu com a pesquisa.

p Eles publicaram suas descobertas no jornal Nature Communications .

p "Os materiais em nanoescala são frequentemente muito mais fortes do que você esperava, mas podem ser difíceis de usar em macroescala ", disse Bargatin." Basicamente, criamos uma placa independente que tem espessura em nanoescala, mas é grande o suficiente para ser manuseada à mão. Isso não foi feito antes. "

p Grafeno, que pode ser tão fino quanto um único átomo de carbono, tem sido o garoto-propaganda dos materiais ultrafinos desde que sua descoberta ganhou o Prêmio Nobel de Física em 2010. O grafeno é valorizado por suas propriedades elétricas, mas sua resistência mecânica também é muito atraente, especialmente se pudesse funcionar por conta própria. Contudo, grafeno e outros filmes atomicamente finos normalmente precisam ser esticados como uma tela em um quadro, ou mesmo montado em um suporte, para evitar que se enrolem ou se acumulem por conta própria.

p "O problema é que os quadros são pesados, tornando impossível usar o peso intrinsecamente baixo desses filmes ultrafinos, "Bargatin disse." Nossa ideia era usar corrugação em vez de uma moldura. Isso significa que as estruturas que fazemos não são mais completamente planas, em vez de, eles têm uma forma tridimensional que se parece com um favo de mel, mas eles são planos e contíguos e completamente independentes. "

p "É como uma caixa de ovos, mas na nanoescala, "disse Purohit.

p As placas dos pesquisadores têm entre 25 e 100 nanômetros de espessura e são feitas de óxido de alumínio, que é depositada uma camada atômica de cada vez para alcançar o controle preciso da espessura e sua forma de favo de mel distinta.

p "O óxido de alumínio é na verdade uma cerâmica, então algo que normalmente é muito frágil, "Bargatin disse." Você esperaria isso, da experiência diária, rachar muito facilmente. Mas as placas dobram, torção, deformar e recuperar sua forma de tal forma que você pensaria que eles são feitos de plástico. A primeira vez que o vimos, Eu mal pude acreditar."

p Uma vez terminado, a ondulação das placas proporciona maior rigidez. Quando segurado por uma extremidade, filmes igualmente finos prontamente dobrariam ou descairiam, enquanto as placas do favo de mel permanecem rígidas. Isso protege contra a falha comum em filmes finos sem padrão, onde eles se enrolam em si mesmos.

p Essa facilidade de deformação está ligada a outro comportamento que torna os filmes ultrafinos difíceis de usar fora de condições controladas:eles têm a tendência de se conformar à forma de qualquer superfície e aderir a ela devido às forças de Van der Waals. Uma vez preso, eles são difíceis de remover sem danificá-los.

p Filmes totalmente planos também são particularmente suscetíveis a rasgos ou rachaduras, que pode se propagar rapidamente por todo o material.

p "Se aparecer uma rachadura em nossos pratos, Contudo, não percorre toda a estrutura, "Davami disse." Geralmente para quando chega a uma das paredes verticais da ondulação. "

p O padrão ondulado das placas é um exemplo de um campo de pesquisa relativamente novo:os metamateriais mecânicos. Como suas contrapartes eletromagnéticas, metamateriais mecânicos alcançam propriedades de outra forma impossíveis a partir do arranjo cuidadoso de recursos em nanoescala. No caso de metamateriais mecânicos, essas propriedades são coisas como rigidez e resistência, em vez de sua capacidade de manipular ondas eletromagnéticas.

p Outros exemplos existentes de metamateriais mecânicos incluem "nanotrusses, "que são estruturas tridimensionais excepcionalmente leves e robustas feitas de tubos em nanoescala. As placas dos pesquisadores da Penn levam o conceito de metamateriais mecânicos um passo adiante, usando corrugação para alcançar robustez semelhante em forma de placa e sem os orifícios encontrados em estruturas de rede.

p Essa combinação de características pode ser usada para fazer asas para robôs voadores inspirados em insetos, ou em outras aplicações onde a combinação de ultra-baixa espessura e robustez mecânica é crítica.

p "As asas dos insetos têm alguns mícrons de espessura, e não podem ser mais finos porque são feitos de células, "Bargatin disse." O material de asa feito pelo homem mais fino que conheço é feito depositando um filme de Mylar em um quadro, e tem cerca de meio mícron de espessura. Nossos pratos podem ser dez ou mais vezes mais finos do que isso, e não precisa de moldura. Como resultado, pesam apenas um décimo de grama por metro quadrado. "