Aqui no mundo macro, todos nós sentimos fadiga de vez em quando. É o mesmo para pacotes de nanotubos de carbono, não importa o quão perfeitos sejam seus componentes individuais.
Um estudo da Rice University calcula como deformações e estresses afetam nanotubos "perfeitos" e aqueles montados em fibras e descobriu que enquanto fibras sob cargas cíclicas podem falhar ao longo do tempo, os próprios tubos podem permanecer perfeitos. Quanto tempo os tubos ou suas fibras sustentam seu ambiente mecânico pode determinar sua praticidade para aplicações.

Isso fez com que o estudo, que aparece em Science Advances , importante para o teórico de materiais de Rice Boris Yakobson, estudante de pós-graduação Nitant Gupta e professor assistente de pesquisa Evgeni Penev da George R. Brown School of Engineering de Rice. Eles quantificaram os efeitos do estresse cíclico em nanotubos usando técnicas de simulação de última geração, como um método cinético de Monte Carlo. Eles esperam dar aos pesquisadores e à indústria uma maneira de prever quanto tempo as fibras de nanotubos ou outros conjuntos podem durar sob determinadas condições.

"A dependência do tempo da força ou resistência de um nanotubo individual foi estudada há muito tempo em nosso grupo, e agora estamos contemplando suas implicações no caso de carregamento cíclico dos tubos e suas fibras, ou conjuntos em geral", disse Penev. "Recentemente, alguns experimentos relataram que nanotubos de carbono e grafeno sofrem falhas catastróficas por fadiga sem danos progressivos. Isso foi curioso e surpreendente o suficiente para reacender o interesse e, finalmente, nos levou a concluir este trabalho."

Os nanotubos de carbono perfeitos, considerados uma das estruturas mais fortes da natureza, tendem a permanecer assim, a menos que algum impacto dramático tire vantagem de sua natureza frágil e os quebre em pedaços. Os pesquisadores descobriram, por meio de simulações em escala atômica, que sob condições ambientais e mesmo quando dobrados ou dobrados, os nanotubos lidam bem com o estresse rotineiro. Quando defeitos pontuais (também conhecidos como defeitos Stone-Wales) aparecem espontaneamente, os efeitos nesses nanotubos "infatigáveis" são insignificantes.

Eles descobriram que os mesmos princípios se aplicam ao grafeno puro.

Mas quando milhões de nanotubos são agrupados em fibras semelhantes a fios ou outras configurações, a força de van der Waals que liga os nanotubos paralelos uns aos outros não impede o deslizamento. No início deste ano, os pesquisadores demonstraram como o atrito entre os tubos leva a interfaces mais fortes entre os nanotubos e é responsável por sua incrível resistência. Usando esse modelo, eles agora testaram como a fadiga pode se definir em cargas cíclicas e como isso leva à falha.

Toda vez que uma fibra de nanotubo é esticada ou tensionada, ela geralmente recupera sua forma original assim que a tensão é liberada. "Principalmente" é a chave; um pouco de escorregamento residual permanece, e isso pode aumentar a cada ciclo. Isso é plasticidade:Deformação com recuperação irreversivelmente incompleta.

"O carregamento cíclico da fibra de nanotubos faz com que os tubos vizinhos escorreguem ou se aproximem, dependendo da parte do ciclo em que estão", explicou Gupta. "Esse deslizamento não é igual, causando um acúmulo de tensão geral a cada ciclo. Isso é chamado de tensão catraca, pois a tensão geral sempre aumenta em uma direção, assim como uma catraca se move em uma única direção."

Os pesquisadores observaram que as fibras de última geração devem ser capazes de superar o risco de falha, superando o inevitável deslizamento.

"Como sabemos, algumas das melhores estratégias de produção de fibras de nanotubos podem levar a uma resistência à tração superior a 10 gigapascals (GPa), o que é incrível para sua aplicação na vida cotidiana", disse Gupta. "Também descobrimos em nossos testes que seu limite de resistência pode ser de 30% a 50%, o que significa que pelo menos até 3 GPa as fibras podem ter vida praticamente infinita. Isso é promissor para seu uso como materiais estruturais de baixa densidade." + Explorar mais

Um pouco de fricção ajuda bastante em fibras de nanotubos mais fortes