p Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Irvine e outras instituições projetaram arquitetonicamente placas-nanolattices - estruturas de carbono do tamanho de nanômetros - que são mais fortes do que diamantes como uma proporção de força para densidade. p Em um estudo recente em Nature Communications , os cientistas relatam sucesso na conceituação e fabricação do material, que consiste em intimamente ligados, placas de células fechadas em vez das treliças cilíndricas comuns em tais estruturas nas últimas décadas.

p "Projetos anteriores baseados em vigas, embora seja de grande interesse, não tinha sido tão eficiente em termos de propriedades mecânicas, "disse o autor correspondente Jens Bauer, um pesquisador UCI em engenharia mecânica e aeroespacial. "Esta nova classe de nanolattices de placa que criamos é dramaticamente mais forte e rígida do que os melhores nanolattices de feixe."

p De acordo com o jornal, o projeto da equipe demonstrou melhorar o desempenho médio de arquiteturas baseadas em vigas cilíndricas em até 639 por cento em resistência e 522 por cento em rigidez.

p Membros do laboratório de materiais arquitetados de Lorenzo Valdevit, Professor UCI de ciência e engenharia de materiais, bem como engenharia mecânica e aeroespacial, verificaram suas descobertas usando um microscópio eletrônico de varredura e outras tecnologias fornecidas pelo Irvine Materials Research Institute.

p "Os cientistas previram que nanolattices dispostos em um design baseado em placas seriam incrivelmente fortes, "disse o autor principal Cameron Crook, um estudante de graduação da UCI em ciência e engenharia de materiais. “Mas a dificuldade em fabricar estruturas dessa forma fez com que a teoria nunca fosse comprovada, até que tenhamos sucesso em fazê-lo. "

p Bauer disse que a conquista da equipe se baseia em um complexo processo de impressão a laser 3-D chamado de escrita direta a laser por litografia de dois fótons. Como uma resina sensível à luz ultravioleta é adicionada camada por camada, o material se torna um polímero sólido nos pontos onde dois fótons se encontram. A técnica é capaz de processar células repetidas que se transformam em placas com faces tão finas quanto 160 nanômetros.

p Bauer disse que a conquista da equipe se baseia em um complexo processo de impressão a laser 3-D chamado de escrita direta a laser por polimerização de dois fótons. Como um laser é focado dentro de uma gota de uma resina líquida sensível à luz ultravioleta, o material se torna um polímero sólido onde as moléculas são atingidas simultaneamente por dois fótons. Ao escanear o laser ou mover o palco em três dimensões, a técnica é capaz de renderizar arranjos periódicos de células, cada uma consistindo em conjuntos de placas tão finas quanto 160 nanômetros.

p Uma das inovações do grupo foi incluir pequenos orifícios nas placas que poderiam ser usados ​​para remover o excesso de resina do material acabado. Como uma etapa final, as redes passam por pirólise, em que são aquecidos a 900 graus Celsius no vácuo por uma hora. De acordo com Bauer, o resultado final é uma estrutura em forma de cubo de carbono vítreo que tem a maior resistência que os cientistas já imaginaram ser possível para um material tão poroso.

p Bauer disse que outro objetivo e realização do estudo foi explorar os efeitos mecânicos inatos das substâncias de base. "À medida que você pega qualquer pedaço de material e diminui drasticamente seu tamanho para 100 nanômetros, aproxima-se de um cristal teórico sem poros ou rachaduras. Reduzir essas falhas aumenta a força geral do sistema, " ele disse.

p "Ninguém nunca fez essas estruturas independentes da escala antes, "adicionou Valdevit, que dirige o Instituto de Inovação em Design e Fabricação da UCI. "Fomos o primeiro grupo a validar experimentalmente que eles podiam ter um desempenho tão bom quanto o previsto, ao mesmo tempo em que demonstravam um material arquitetado de resistência mecânica sem precedentes."

p Nanolattices são uma grande promessa para engenheiros estruturais, particularmente na indústria aeroespacial, porque se espera que sua combinação de força e baixa densidade de massa melhore muito o desempenho das aeronaves e espaçonaves.

p Outros co-autores do estudo foram Anna Guell Izard, um estudante de graduação da UCI em engenharia mecânica e aeroespacial, e pesquisadores da UC Santa Barbara e da Universidade Martin Luther de Halle-Wittenberg, na Alemanha. O projeto foi financiado pelo Office of Naval Research e pela German Research Foundation.