As formas celulares de materiais naturais são a inspiração por trás de um novo material arquitetado inteligente, impresso em 3D, leve e desenvolvido por uma equipe internacional de engenheiros.
A equipe, liderada por engenheiros da Universidade de Glasgow, misturou uma forma comum de plástico industrial com nanotubos de carbono para criar um material mais resistente, mais forte e mais inteligente do que materiais convencionais comparáveis.

Os nanotubos também permitem que o plástico não condutor carregue uma carga elétrica por toda a sua estrutura. Quando a estrutura é submetida a cargas mecânicas, sua resistência elétrica muda. Esse fenômeno, conhecido como piezoresitividade, dá ao material a capacidade de "sentir" sua saúde estrutural.

Usando técnicas avançadas de impressão 3D que fornecem um alto nível de controle sobre o design de estruturas impressas, eles conseguiram criar uma série de designs complexos com arquitetura porosa de mesoescala, o que ajuda a reduzir o peso geral de cada design e maximizar o desempenho mecânico.

Os designs celulares da equipe são semelhantes aos materiais porosos encontrados no mundo natural, como colméias, esponjas e ossos, que são leves, mas robustos.

Os pesquisadores acreditam que seus materiais celulares podem encontrar novas aplicações em medicina, próteses e design automotivo e aeroespacial, onde materiais resistentes e de baixa densidade com a capacidade de auto-sentir estão em demanda.

A pesquisa está disponível on-line como um artigo de visualização antecipada na revista Advanced Engineering Materials .

No artigo, os pesquisadores descrevem como investigaram as características de absorção de energia e auto-detecção de três projetos diferentes de nanoengenharia que imprimiram usando seu material personalizado, que é feito de copolímero aleatório de polipropileno e nanotubos de carbono de várias paredes.

Dos três projetos testados, eles descobriram que um exibia a combinação mais eficaz de desempenho mecânico e capacidade de auto-detecção - uma "placa-treliça" em forma de cubo que incorporava folhas planas bem compactadas.

A estrutura treliçada, quando submetida à compressão monotônica, apresenta uma capacidade de absorção de energia semelhante a espumas de níquel de mesma densidade relativa. Também superou vários outros materiais convencionais da mesma densidade.

A pesquisa foi liderada pelo Dr. Shanmugam Kumar da Escola de Engenharia James Watt da Universidade de Glasgow, ao lado dos colegas Professor Vikram Deshpande da Universidade de Cambridge e Professor Brian Wardle do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

Dr. Kumar disse:"A natureza tem muito a ensinar aos engenheiros sobre como equilibrar propriedades e estrutura para criar materiais leves de alto desempenho. Inspiramo-nos nessas formas para desenvolver nossos novos materiais celulares, que oferecem vantagens únicas sobre seus produtos convencionais contrapartes e podem ser ajustados para manipular suas propriedades físicas.

"O copolímero aleatório de polipropileno que escolhemos oferece melhor processabilidade, melhor resistência à temperatura, melhor consistência do produto e melhor resistência ao impacto. Os nanotubos de carbono ajudam a torná-lo mecanicamente robusto ao mesmo tempo em que confere condutividade elétrica. o projeto e arquiteta a geometria porosa para melhorar as propriedades mecânicas específicas da massa.

"Materiais leves, mais resistentes e auto-sensíveis como esses têm um grande potencial para aplicações práticas. Eles podem ajudar a fazer carrocerias mais leves e eficientes, por exemplo, ou suportes traseiros para pessoas com problemas como escoliose capazes de detectar quando seus corpos não estão recebendo o suporte ideal. Eles podem até ser usados ​​para criar novas formas de eletrodos arquitetados para baterias."

O artigo da equipe, intitulado "Multifunctionality of nanoengineered self-sensing lattices enabled by manufatura aditiva", foi publicado em Advanced Engineering Materials . + Explorar mais

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