p Para enfrentar o calor e a pressão dos motores de foguete da próxima geração, as fibras compostas usadas para fazê-los devem ser difusas. p O laboratório de materiais da Universidade Rice, cientista Pulickel Ajayan, em colaboração com a NASA, desenvolveu "fibras difusas" de carboneto de silício que agem como velcro e resistem ao castigo que os materiais experimentam em aplicações aeroespaciais.

p As fibras fortalecem os compostos usados ​​em motores de foguetes avançados que têm que suportar temperaturas de até 1, 600 graus Celsius (2, 912 graus Fahrenheit). Os compósitos cerâmicos em foguetes que estão sendo desenvolvidos agora usam fibras de carboneto de silício para fortalecer o material, mas eles podem rachar ou tornar-se quebradiços quando expostos ao oxigênio.

p O laboratório Rice incorporou nanotubos e nanofios de carboneto de silício na superfície das fibras da NASA. As partes expostas das fibras são encaracoladas e agem como ganchos e laços que tornam o velcro tão valioso - mas em nanoescala.

p O resultado, de acordo com os pesquisadores principais Amelia Hart, um estudante de pós-graduação da Rice, e Chandra Sekhar Tiwary, um associado de pós-doutorado da Rice, cria conexões de intertravamento muito fortes onde as fibras se enredam; isso não apenas torna o compósito menos sujeito a rachaduras, mas também o sela para evitar que o oxigênio altere a composição química da fibra.

p O trabalho é detalhado na revista American Chemical Society. Materiais Aplicados e Interfaces .

p O trabalho começou quando Hart, que estava estudando o crescimento de nanotubos de carbono em lã de cerâmica, conheceu Michael Meador, em seguida, um cientista do Glenn Research Center da NASA, Cleveland, na recepção inicial para o Departamento de Ciência de Materiais e NanoEngenharia de Rice. (Meador agora é gerente de projeto de nanotecnologia no programa Game Changing Technologies da NASA.)

p Isso levou a uma bolsa em Cleveland e à chance de combinar suas ideias com as da engenheira de pesquisa da NASA e co-autora do artigo, Janet Hurst. "Ela estava convertendo parcialmente carboneto de silício de nanotubos de carbono, "Hart disse." Usamos sua formulação e minha capacidade de crescer nanotubos e descobrimos como fazer o novo composto.

p De volta à Rice, Hart e seus colegas desenvolveram seus ganchos e loops banhando primeiro a fibra de carboneto de silício em um catalisador de ferro e, em seguida, usando a deposição química de vapor assistida por água, um processo desenvolvido em parte na Rice, para embutir um tapete de nanotubos de carbono diretamente na superfície. Eles se tornam o modelo para o produto final. As fibras foram então aquecidas em nanopó de silício em alta temperatura, que converte os nanotubos de carbono em "penugem" de carboneto de silício.

p Os pesquisadores esperam que suas fibras difusas melhorem as fortes, fibras de carboneto de silício resistentes ao calor e à luz que, quando colocado em compósitos de cerâmica, estão sendo testados para bicos robustos e outras peças em motores de foguete. "A fibra de carboneto de silício que eles já usam é estável a 1, 600 C, "Tiwary disse." Portanto, estamos confiantes de que anexar nanotubos de carboneto de silício e fios para adicionar resistência o tornará ainda mais avançado ".

p Os novos materiais também devem tornar os motores turbo inteiros significativamente mais leves, Hart disse. "Antes de usarem compósitos de carboneto de silício, muitas peças do motor eram feitas de superligas de níquel que tinham que incorporar um sistema de refrigeração, o que acrescentou peso a tudo, "disse ela." Ao mudar para compósitos de matriz cerâmica, eles poderiam tirar o sistema de resfriamento e ir para temperaturas mais altas. Nosso material permitirá a criação de maiores, motores turbo jato de maior duração que vão a temperaturas mais altas do que nunca. "

p Os testes de fricção e compressão mostraram que a força lateral necessária para mover os nanotubos de carboneto de silício e os fios uns sobre os outros era muito maior do que a necessária para deslizar pelos nanotubos simples ou fibras sem contraste, os pesquisadores relataram. Eles também foram capazes de se recuperar facilmente da alta compressão aplicada com um nanoindentador, que mostrou sua capacidade de resistir a quebrar por mais tempo.

p Testes para ver o quão bem as fibras lidam com o calor mostraram nanotubos de carbono simples queimando para longe das fibras, mas os nanotubos de carboneto de silício resistiram facilmente a temperaturas de até 1, 000 C.

p Hart disse que o próximo passo será aplicar suas técnicas de conversão a outros nanomateriais de carbono para criar materiais tridimensionais exclusivos para aplicações adicionais.