Inspirado nas características extraordinárias da pele do urso polar, folhas de lótus e pés de lagartixa, pesquisadores de engenharia desenvolveram uma nova maneira de fazer arranjos de nanofibras que podem nos trazer revestimentos que são pegajosos, repelente, isolante ou emissor de luz, entre outras possibilidades.

"Isso é tão diferente de tudo que eu já vi que eu teria pensado que fosse impossível, "disse Joerg Lahann, um professor de engenharia química da Universidade de Michigan e autor sênior do estudo na revista Ciência .

Pesquisadores da U-M e da Universidade de Wisconsin fizeram a descoberta um tanto fortuita, que revelou um método novo e poderoso para fazer arranjos de fibras que são centenas de vezes mais finas do que um fio de cabelo humano.

Os pelos do urso polar são estruturados para permitir a entrada de luz, evitando que o calor escape. As folhas de lótus que repelem a água são revestidas com arranjos de túbulos cerosos microscópicos. E os fios de cabelo em nanoescala nas solas dos pés das lagartixas que desafiam a gravidade chegam tão perto de outras superfícies que as forças atômicas de atração entram em ação. Os pesquisadores que procuram imitar esses superpoderes e outros precisam de uma maneira de criar as minúsculas matrizes que fazem o trabalho.

"Fundamentalmente, esta é uma maneira completamente diferente de fazer matrizes de nanofibras, "Lahann disse.

Os pesquisadores demonstraram que suas nanofibras repelem água como folhas de lótus. Eles desenvolveram fibras retas e curvas e testaram como se grudavam como velcro - descobrindo que as fibras torcidas no sentido horário e anti-horário se entrelaçavam mais firmemente do que duas matrizes de fibras retas.

Eles também experimentaram propriedades ópticas, fazendo um material que brilhava. Eles acreditam que será possível fazer uma estrutura que funcione como a pele de urso polar, com fibras individuais estruturadas para canalizar a luz.

Mas os tapetes moleculares não eram o plano original. O grupo de Lahann estava trabalhando com o de Nicholas Abbott, na época, um professor de engenharia química na UW-Madison, para colocar filmes finos de moléculas em cadeia, chamados polímeros, em cima de cristais líquidos. Os cristais líquidos são mais conhecidos por seu uso em monitores como televisores e telas de computador. Eles estavam tentando fazer sensores que pudessem detectar moléculas individuais.

Lahann trouxe a experiência na produção de filmes finos, enquanto Abbott liderou o design e a produção dos cristais líquidos. Em experimentos típicos, O grupo de Lahann evapora elos únicos da corrente e os induz a condensar em superfícies. Mas os filmes finos de polímero às vezes não se materializavam como esperado.

"A descoberta reforça minha visão de que os melhores avanços na ciência e na engenharia ocorrem quando as coisas não saem como planejado, "Abbott disse." Você apenas tem que estar alerta e ver os experimentos fracassados ​​como oportunidades. "

Em vez de revestir a parte superior do cristal líquido, os links deslizaram para o fluido e se conectaram na lâmina de vidro. O cristal líquido então guiou as formas das nanofibras crescendo a partir da parte inferior, criando tapetes em nanoescala.

"Um cristal líquido é um fluido relativamente desordenado, ainda pode moldar a formação de nanofibras com comprimentos e diâmetros notavelmente bem definidos, "Abbott disse.

E eles não fizeram apenas fios retos. Dependendo do cristal líquido, eles poderiam gerar fibras curvas, como bananas microscópicas ou escadas.

"Temos muito controle sobre a química, o tipo de fibras, a arquitetura das fibras e como as depositamos, "Lahann disse." Isso realmente adiciona muita complexidade à maneira como podemos projetar superfícies agora; não apenas com filmes bidimensionais finos, mas em três dimensões. "

O estudo é intitulado "Síntese de nanofibras modeladas via polimerização química de vapor em filmes líquidos cristalinos."