p Um novo processo desenvolvido na Caltech torna possível pela primeira vez a fabricação de grandes quantidades de materiais cuja estrutura é projetada em escala nanométrica - o tamanho da dupla hélice do DNA. p Criado pela cientista de materiais da Caltech Julia R. Greer, "materiais nanoarquitetados" exibem uma exibição incomum, propriedades muitas vezes surpreendentes - por exemplo, cerâmicas excepcionalmente leves que voltam à sua forma original, como uma esponja, depois de ser compactado. Essas propriedades podem ser desejáveis ​​para aplicações que variam de sensores táteis ultrassensíveis a baterias avançadas, Mas por enquanto, os engenheiros só conseguiram criá-los em quantidades muito limitadas. Para criar um material cuja estrutura seja projetada em uma escala tão pequena, eles geralmente precisam ser montados em nano-camadas em nano-camadas em um processo de impressão 3-D que usa um laser de alta precisão e produtos químicos sintetizados de maneira personalizada. Esse processo meticuloso limita a quantidade total de material que pode ser construída.

p Agora, uma equipe de engenheiros da Caltech e da ETH Zurich desenvolveu um material que é projetado em nanoescala, mas que se monta sozinho - sem a necessidade de montagem precisa a laser. Pela primeira vez, eles foram capazes de criar uma amostra de material nanoarquitectado na escala de centímetros cúbicos.

p "Não poderíamos imprimir tanto material nanoarquificado em 3-D nem em um mês; em vez disso, podemos cultivá-lo em questão de horas, "diz Carlos Portela, bolsista de pós-doutorado na Caltech e autora principal de um estudo sobre o novo processo publicado pela revista Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) em 2 de março.

p Na nanoescala, o material parece uma esponja, mas na verdade é um conjunto de cascas curvas interconectadas. Essa é a chave para as altas taxas de rigidez e resistência ao peso do material:as cascas finas suavemente curvas, como os de um ovo, estão livres de cantos ou junções, que geralmente são pontos fracos que levam à falha em outros materiais semelhantes. Isso fornece benefícios mecânicos exclusivos com um mínimo de material realmente usado. Em teste, uma amostra do material foi capaz de atingir taxas de resistência para densidade comparáveis ​​a algumas formas de aço, enquanto as configurações de paredes mais finas exibem danos insignificantes e recuperação após compressão repetida.

p "Esta nova rota de fabricação, apoiado pela análise experimental e numérica que conduzimos, nos deixa um passo mais perto de sermos capazes de produzir materiais nanoarquitetados em uma escala útil, com notável facilidade de fabricação, "diz Greer, o Ruben F. e Donna Mettler Professor de Ciência dos Materiais, Mecânica, e Engenharia Médica e co-autor do artigo PNAS.

p Embora seja mensuravelmente mais resiliente do que praticamente todos os materiais nanoarquitetados com densidades semelhantes sintetizados pelo grupo Greer, o que torna esses materiais ditos nano-labirínticos particularmente especiais é que eles se montam sozinhos. Esta conquista, liderado pelo estudante de graduação da Caltech Daryl Yee, funciona assim:dois materiais que não se dissolvem um no outro são misturados, combinando-os para criar um estado desordenado. O aquecimento da mistura polimeriza os materiais para que a geometria atual fique travada no lugar. Um dos dois materiais é então removido, deixando conchas em nanoescala. O molde poroso resultante é subsequentemente revestido, e então o segundo polímero é removido. O que resta é uma rede nano-shell leve.

p O processo requer extrema precisão; se aquecido incorretamente, a microestrutura derreterá ou entrará em colapso e não levará a conchas interconectadas. Mas pela primeira vez, a equipe vê o potencial para expandir a nanoarquitetura.

p "É empolgante ver nossas arquiteturas em nanoescala ideais projetadas computacionalmente sendo realizadas experimentalmente no laboratório, "diz Dennis M. Kochmann, autor correspondente do artigo PNAS e professor de mecânica e materiais na ETH Zurich e associado visitante na área aeroespacial na Caltech. O time dele, incluindo o ex-aluno de pós-graduação da Caltech A. Vidyasagar e Sebastian Krödel e Tamara Weissenbach da ETH Zurique, previu as propriedades versáteis dos materiais nano-labirínticos por meio de teoria e simulações.

p Próximo, a equipe planeja expandir a sintonia e versatilidade do processo, explorando caminhos para controlar cuidadosamente a microestrutura, expandir as opções de materiais para os nano-shells, e impulsionar a produção de volumes maiores do material.

p O artigo é intitulado "Resistência mecânica extrema de materiais nano-labirínticos automontados".