p Quer fazer um material super resistente com blocos de construção em escala nano? Comece com os blocos de construção da mais alta qualidade, direito? p Errado - pelo menos ao trabalhar com "flocos" de óxido de grafeno (GO).

p Um novo estudo de pesquisadores da Northwestern University mostra que um melhor "papel" GO pode ser feito misturando forte, sólidos GO flakes com fracos, flocos GO porosos. A descoberta ajudará na produção de materiais GO de melhor qualidade, e lança luz sobre um problema geral na engenharia de materiais:como transformar um material em escala nano em um material macroscópico sem perder suas propriedades desejáveis.

p "Para colocar em termos humanos, colaboração é muito importante, "disse Jiaxing Huang, Professor de ciência e engenharia de materiais da Northwestern Engineering, quem conduziu o estudo. "Jogadores excelentes ainda podem formar uma equipe ruim se não trabalharem bem juntos. Aqui, adicionamos alguns jogadores aparentemente mais fracos e eles fortalecem toda a equipe. "

p A pesquisa foi uma colaboração de quatro vias. Além de Huang, três outros grupos participaram, liderado por Horacio Espinosa, professor de engenharia mecânica na McCormick School of Engineering; SonBinh Nguyen, professor de química na Northwestern; e Tae Hee Han, um ex-pesquisador de pós-doutorado na Universidade que agora é professor de engenharia orgânica e nano na Universidade de Hanyang, Coreia do Sul.

p O estudo foi publicado hoje em Nature Communications .

p Papel de alta tecnologia

p GO é um derivado do grafite que pode ser usado para fazer o bidimensional, grafeno supermaterial. Como o GO é mais fácil de fazer, os cientistas o estudam como um modelo de material. Geralmente surge como uma dispersão de pequenos flocos na água. De uma ponta a outra, cada floco é menor do que a largura de um cabelo humano e apenas um nanômetro de espessura.

p Quando uma solução de flocos GO é derramada em um filtro e a água removida, um "papel" fino é formado, geralmente alguns centímetros de diâmetro com uma espessura menor ou igual a 40 micrômetros. Forças intermoleculares mantêm os flocos unidos, nada mais.

p Força de fraqueza

p Os cientistas podem fazer um GO forte em camadas únicas, mas colocar os flocos em camadas em uma forma de papel não funciona muito bem. Ao testar o efeito dos furos na força dos flocos GO, Huang e seus colaboradores descobriram uma solução.

p Usando uma mistura de amônia e peróxido de hidrogênio, os pesquisadores "gravaram" quimicamente buracos nos flocos do GO. Os flocos deixados de molho por uma a três horas eram drasticamente mais fracos do que os não gravados. Após cinco horas de imersão, os flocos tornaram-se tão fracos que não podiam ser medidos.

p Então, a equipe descobriu algo surpreendente:o papel feito com flocos enfraquecidos era mais forte do que o esperado. No nível de camada única, flocos porosos gravados com uma hora de duração, por exemplo, eram 70 por cento mais fracos do que flocos sólidos, mas o papel feito com esses flocos era apenas 10% mais fraco do que o papel feito com flocos sólidos.

p As coisas ficaram ainda mais interessantes quando a equipe misturou flocos sólidos e porosos, Huang disse. Em vez de enfraquecer o papel feito apenas de flocos sólidos, a adição de 10 ou 25 por cento dos flocos mais fracos fortaleceu em cerca de 95 e 70 por cento, respectivamente.

p Conexão efetiva

p Se as folhas GO podem ser comparadas a folhas de alumínio, Huang disse, fazer um papel GO é como empilhar o papel alumínio para fazer uma placa de alumínio grossa. Se você começar com grandes folhas de papel alumínio, as chances são boas de que muitos enrugem, impedindo o empacotamento apertado entre as folhas. Por outro lado, folhas menores não enrugam com tanta facilidade. Eles se agrupam bem, mas criam stacks compactos que não se integram bem com outros stacks compactos, criando vazios no papel GO onde ele pode quebrar facilmente.

p "Flocos fracos se empenam para preencher esses vazios, o que melhora a distribuição de forças em todo o material, "Huang disse." É um lembrete de que a força das unidades individuais é apenas parte da equação; conexão eficaz e distribuição de tensão são igualmente importantes. "

p Esta descoberta será diretamente aplicável a outros materiais bidimensionais, como grafeno, Huang disse, e também levará ao design de produtos GO de maior qualidade. Ele espera testá-lo em fibras GO em seguida.