p Por anos, cientistas e engenheiros sintetizaram materiais em nível de nanoescala para tirar proveito de sua mecânica, óptico, e propriedades de energia, mas os esforços para dimensionar esses materiais para tamanhos maiores resultaram em desempenho e integridade estrutural diminuídos. p Agora, pesquisadores liderados por Xiaoyu "Rayne" Zheng, um professor assistente de engenharia mecânica da Virginia Tech publicou um estudo na revista Materiais da Natureza que descreve um novo processo de criação de peso leve, materiais nanoestruturados metálicos impressos em 3-D fortes e superelásticos com escalabilidade sem precedentes, um controle completo de sete ordens de magnitude de arquiteturas 3-D arbitrárias.

p Surpreendentemente, esses materiais metálicos multiescala exibiram super elasticidade por causa de seu arranjo arquitetônico 3-D hierárquico projetado e tubos ocos em nanoescala, resultando em um aumento de mais de 400% da elasticidade à tração em relação a metais leves convencionais e espumas de cerâmica.

p A abordagem, que produz vários níveis de redes hierárquicas 3-D com recursos em nanoescala, pode ser útil em qualquer lugar em que haja necessidade de uma combinação de rigidez, força, baixo peso, alta flexibilidade, como em estruturas a serem implantadas no espaço, armaduras flexíveis, veículos leves e baterias, abrindo a porta para aplicações aeroespaciais, indústrias militares e automotivas.

p Materiais naturais, como o osso trabecular e os dedos das lagartixas, evoluíram com arquiteturas 3-D de vários níveis, abrangendo desde a nanoescala até a macroescala. Os materiais feitos pelo homem ainda não conseguiram esse controle delicado das características estruturais.

p "A criação de micro-recursos hierárquicos 3-D em todas as sete ordens de magnitude na largura de banda estrutural em produtos é sem precedentes, "disse Zheng, o autor principal do estudo e o líder da equipe de pesquisa. "Montagem de recursos em nanoescala em tarugos de materiais por meio de arquiteturas 3-D de vários níveis, você começa a ver uma variedade de propriedades mecânicas programadas, como peso mínimo, força máxima e super elasticidade em escalas de centímetros. "

p O processo que Zheng e seus colaboradores usam para criar o material é uma inovação em uma técnica de impressão 3D leve digital que supera as atuais compensações entre alta resolução e volume de construção, uma limitação importante na escalabilidade das atuais microlattices e nanolattices impressos em 3D.

p Materiais relacionados que podem ser produzidos em nanoescala, como folhas de grafeno, podem ser 100 vezes mais fortes do que o aço, mas tentar aumentar o tamanho desses materiais em três dimensões degrada sua resistência em oito ordens de magnitude - em outras palavras, eles se tornam 100 milhões de vezes menos fortes.

p "O aumento da elasticidade e flexibilidade obtidas através do novo processo e design vêm sem incorporar polímeros macios, tornando assim os materiais metálicos adequados como sensores flexíveis e eletrônicos em ambientes hostis, onde resistência química e temperatura são necessárias, "Zheng acrescentou.

p Essa rede hierárquica de vários níveis também significa que mais área de superfície está disponível para coletar as energias dos fótons, pois eles podem entrar na estrutura de todas as direções e ser coletados não apenas na superfície, como painéis fotovoltaicos tradicionais, mas também dentro da estrutura da rede. Uma das grandes oportunidades que este estudo cria é a capacidade de produzir materiais inorgânicos multifuncionais, como metais e cerâmicas, para explorar propriedades fotônicas e de captação de energia nesses novos materiais.

p Além de Zheng, os membros da equipe incluem estudantes de pós-graduação da Virginia Tech, Huachen Cui e Da Chen, do grupo de Zheng, e colegas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore. A pesquisa foi conduzida pelo Departamento de Energia Lawrence Livermore, dirigido pelo laboratório de apoio à pesquisa, com apoio adicional da Virginia Tech, o fundo SCHEV do estado da Virgínia, e a agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa.