Os materiais de aerogel têm um papel vital como materiais de proteção necessários para muitos campos, inclusive como material de proteção contra interferência eletromagnética para a tecnologia 5G, material de isolamento térmico em arranha-céus e material invisível infravermelho para aplicações militares. Os materiais de proteção atuais, no entanto, muitas vezes perdem suas funções de proteção sob condições adversas, como temperaturas extremas, tornando-os ineficazes. Outros materiais de proteção perdem sua elasticidade, levando a problemas de desempenho semelhantes. Agora, novos materiais de aerogel que podem manter sua funcionalidade e superelasticidade sob temperaturas extremas foram desenvolvidos por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Sichuan.
Os resultados foram publicados na Nano Research .

"Nosso objetivo era resolver o problema de que o desempenho dos materiais de aerogel de proteção convencionais se deteriora severamente sob condições de trabalho severas", disse o autor correspondente Hai-Bo Zhao, professor da Faculdade de Química da Universidade de Sichuan.

Antes dos desenvolvimentos da equipe de Zhao, os materiais de espuma à base de polímeros eram comumente usados ​​como materiais de proteção. Esses materiais exibiram as características positivas de superelasticidade e alta compressibilidade, mas foram incapazes de manter essas propriedades após as temperaturas de fusão dos polímeros. Outro material comumente usado eram espumas metálicas e cerâmicas, que eram estáveis ​​em todas as faixas de temperatura de uma forma que suas contrapartes de espuma à base de polímero não eram, mas não tinham a elasticidade necessária para serem práticas.

Uma abordagem que se aproximou de uma solução escalável envolveu o uso de aerogéis de carbono, que possuem características que se prestam bem ao isolamento térmico e interferência eletromagnética, como alta área superficial específica, baixa densidade, boa condutividade elétrica e estabilidade química e térmica. No entanto, os aerogéis de carbono têm limitações devido a certas propriedades inerentes. Os nanotubos de carbono tornaram-se uma maneira popular de construir aerogéis de carbono superelásticos, pois podiam manter as propriedades necessárias em altas temperaturas, mas como a preparação exigia tantas etapas, os métodos não eram escaláveis.

Ao se concentrar no design da microestrutura, a equipe de Zhao conseguiu desenvolver um aerogel de polímero com superelasticidade que funcionava em uma faixa de temperatura de -196 a 500°C com um processo escalável e prático.

“Ao contrário da maioria dos aerogéis de carbono relatados anteriormente, que geralmente possuem propriedades mecânicas ruins, os materiais de aerogel preparados exibem superelasticidade invariável à temperatura, mantendo o desempenho de proteção multifuncional”, disse Zhao, que também é afiliado ao Laboratório Nacional de Engenharia de Materiais Poliméricos Ecológicos em Sichuan. e com o Collaborative Innovation Center for Eco-Friendly and Fire-Safety Polymeric Materials.

O método de Zhao usa nanotubos de carbono multiparede compostos de carbono/argel de carbono orientados bidirecionalmente - em outras palavras, uma combinação que permite combinar as características positivas dos aerogéis de carbono com as características positivas dos nanotubos de carbono - com um esqueleto de carbono altamente ordenado, um dos principais diferenciais entre este novo método e os métodos anteriores. Seu método escalável de alcançar as microestruturas desejadas – especificamente, estruturas em arco altamente orientadas – envolve um processo de congelamento e carbonização bidirecional para desenvolver os aerogéis de carbono/carbono.

“Os materiais de aerogel relatados mantêm superelasticidade, alta eficácia de blindagem contra interferência eletromagnética, isolamento térmico e furtividade de infravermelho em uma ampla faixa de temperatura de -196 a 500 ° C e após compressão cíclica por centenas de vezes”, disse Zhao. "O aspecto mais empolgante é o processo de preparação econômico e simples, que lançou as bases da potencial aplicação prática do material."

Zhao disse que o próximo passo é disponibilizar os aerogéis para uso em contextos comerciais, militares e outros.

“Gostaríamos de promover a industrialização do aerogel relatado e promover a aplicação na tecnologia 5G, edifícios altos, uso militar e muito mais”, disse ele. + Explorar mais

Um aerogel cerâmico feito com nanocristais e incorporado em uma matriz para uso em aplicações de isolamento térmico