A natureza cria materiais em camadas, como osso e madrepérola, que se tornam menos sensíveis a defeitos à medida que crescem. Agora, os pesquisadores criaram, usando proteínas biomiméticas padronizadas em dentes de anel de lula, materiais compostos em camadas 2D que são resistentes à quebra e extremamente elásticos.
“Os pesquisadores raramente relataram essa propriedade de interface para o osso e o nácar porque era difícil de medir experimentalmente”, disse Melik Demirel, Lloyd e Dorothy Foehr Huck Chair em Biomimetic Materials e diretor do Center for Advanced Fiber Technologies, Penn State.

Os materiais compostos 2D são compostos de camadas de átomos de espessura de um material duro, como grafeno ou um MXene – geralmente um metal de transição carboneto, nitreto ou carbonitreto – separados por camadas de algo para colar as camadas. Enquanto grandes pedaços de grafeno ou MXenes têm propriedades de volume, a força dos compósitos 2D vem das propriedades interfaciais.

"Como estamos usando um material interfacial que podemos modificar repetindo sequências, podemos ajustar as propriedades", disse Demirel. "Podemos torná-lo muito flexível e muito forte ao mesmo tempo."

Ele observou que os materiais também podem ter regimes ou propriedades únicas de condução térmica, espalhando calor em uma direção mais fortemente do que a 90 graus. Os resultados deste trabalho foram publicados hoje (25 de julho) nos Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Esse material seria ótimo para palmilhas de tênis de corrida", disse Demirel. "Pode esfriar o pé e a flexão repetida não quebra a palmilha."

Esses compostos 2D podem ser usados ​​para placas de circuito flexíveis, dispositivos vestíveis e outros equipamentos que requeiram resistência e flexibilidade.

De acordo com Demirel, a teoria tradicional do contínuo não explica por que esses materiais são fortes e flexíveis, mas as simulações demonstraram que a interface é importante. O que aparentemente acontece é que com uma porcentagem maior do material composto pela interface, a interface quebra em alguns lugares quando o material está sob tensão, mas o material como um todo não quebra.

"A interface quebra, mas o material não", disse Demirel. “Esperávamos que eles se tornassem compatíveis, mas, de repente, não é apenas compatível, mas super elástico”.

Outros trabalhando neste projeto da Penn State foram Mert Vural, bolsista de pós-doutorado; Tarek Mazeed, bolsista de pós-doutorado; Oguzhan Colak, estudante de pós-graduação; e Reginald F. Hamilton, professor associado em Ciências da Engenharia e Mecânica.

Também trabalhando nesta pesquisa estavam Dong Li e Huajian Gao, professor de engenharia mecânica e aeroespacial, ambos da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura. + Explorar mais

Os compósitos biomiméticos automontáveis ​​possuem propriedades elétricas incomuns