p Pesquisadores do MIT desenvolveram um processo que pode produzir fibras ultrafinas - cujo diâmetro é medido em nanômetros, ou bilionésimos de um metro - que são excepcionalmente fortes e resistentes. Essas fibras, que deve ser barato e fácil de produzir, podem ser materiais de escolha para muitas aplicações, como armadura protetora e nanocompósitos. p O novo processo, chamado de eletrofiação de gel, é descrito em um artigo do professor de engenharia química do MIT Gregory Rutledge e do pós-doutorado Jay Park. O artigo está disponível online e será publicado na edição de fevereiro do Journal of Materials Science .

p Na ciência dos materiais, Rutledge explica, "há muitas compensações." Normalmente, os pesquisadores podem aprimorar uma característica de um material, mas verão um declínio em uma característica diferente. "Força e resistência formam um par assim:normalmente, quando você obtém alta resistência, você perde algo na resistência, "diz ele." O material se torna mais frágil e, portanto, não tem o mecanismo de absorção de energia, e tende a quebrar. "Mas nas fibras feitas pelo novo processo, muitas dessas compensações são eliminadas.

p "É muito importante quando você obtém um material de alta resistência e alta tenacidade, "Rutledge diz. Esse é o caso com este processo, que usa uma variação de um método tradicional chamado gel spinning, mas adiciona forças elétricas. Os resultados são fibras ultrafinas de polietileno que correspondem ou excedem as propriedades de alguns dos materiais de fibra mais fortes, como Kevlar e Dyneema, que são usados ​​para aplicações, incluindo coletes à prova de balas.

p “Começamos com a missão de fazer fibras em uma faixa de tamanho diferente, ou seja, abaixo de 1 mícron [milionésimo de metro], porque eles têm uma variedade de recursos interessantes por si só, "Rutledge diz." E nós vimos essas fibras ultrafinas, às vezes chamadas de nanofibras, por muitos anos. Mas não havia nada no que seria chamado de gama de fibras de alto desempenho. "Fibras de alto desempenho, que incluem aramidas como Kevlar, e polietilenos fiados em gel como Dyneema e Spectra, também são usados ​​em cordas para usos extremos, e como fibras de reforço em alguns compósitos de alto desempenho.

p "Não houve muitos acontecimentos novos nesse campo em muitos anos, porque eles têm fibras de alto desempenho naquele espaço mecânico, "Rutledge diz. Mas este novo material, ele diz, excede todos os outros. "O que realmente os diferencia é o que chamamos de módulo específico e força específica, o que significa que, por peso, eles superam quase tudo. "Módulo se refere a quão rígida é uma fibra, ou o quanto resiste a ser esticado.

p Em comparação com fibras de carbono e fibras cerâmicas, que são amplamente utilizados em materiais compostos, as novas fibras de polietileno com eletrofiação de gel têm graus semelhantes de resistência, mas são muito mais resistentes e têm densidade mais baixa. Isso significa que, libra por libra, eles superam os materiais padrão por uma ampla margem, Rutledge diz.

p Ao criar este material ultrafino, a equipe tinha como objetivo apenas combinar as propriedades das microfibras existentes, "então, demonstrar que teria sido uma grande conquista para nós, "Rutledge diz. Na verdade, o material acabou sendo melhor de maneiras significativas. Embora os materiais de teste tenham um módulo não tão bom quanto as melhores fibras existentes, eles eram muito próximos - o suficiente para serem "competitivos, "diz ele. Crucialmente, ele adiciona, "os pontos fortes são cerca de dois vezes melhores do que os materiais comerciais e comparáveis ​​aos melhores materiais acadêmicos disponíveis. E sua resistência é cerca de uma ordem de magnitude melhor."

p Os pesquisadores ainda estão investigando o que explica esse desempenho impressionante. "Parece ser algo que recebemos de presente, com a redução no tamanho da fibra, que não esperávamos, "Diz Rutledge.

p Ele explica que "a maioria dos plásticos é resistente, mas eles não são tão rígidos e fortes quanto o que estamos obtendo. "E as fibras de vidro são rígidas, mas não muito fortes, enquanto o fio de aço é forte, mas não muito rígido. As novas fibras de gel eletrofiado parecem combinar as qualidades desejáveis ​​de força, rigidez, e resistência de maneiras que têm poucos iguais.

p Usar o processo de eletrofiação em gel "é essencialmente muito semelhante ao processo convencional [de giro em gel] em termos dos materiais que estamos trazendo, mas porque estamos usando forças elétricas "e usando um processo de estágio único, em vez dos vários estágios do processo convencional, "estamos obtendo muito mais fibras altamente desenhadas, "com diâmetros de algumas centenas de nanômetros, em vez dos 15 micrômetros típicos, ele diz. O processo dos pesquisadores combina o uso de um gel de polímero como matéria-prima, como em fibras fiadas em gel, mas usa forças elétricas em vez de tração mecânica para puxar as fibras; as fibras carregadas induzem um processo de instabilidade de "chicotada" que produz suas dimensões ultrafinas. E essas dimensões estreitas, acontece que, levou às propriedades únicas das fibras.

p Esses resultados podem levar a materiais de proteção que são tão fortes quanto os existentes, mas menos volumosos, tornando-os mais práticos. E, Rutledge acrescenta, "eles podem ter aplicativos que ainda não pensamos, porque acabamos de aprender que eles têm esse nível de resistência. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.