Amir Asadi, professor assistente do Departamento de Tecnologia de Engenharia e Distribuição Industrial da Texas A&M University, está fazendo avanços inovadores no campo de materiais compósitos. Sua pesquisa explora a incorporação de nanoestruturas padronizadas compostas de múltiplos materiais em compósitos de alto desempenho para alcançar a multifuncionalidade desejada sem sacrificar quaisquer outras propriedades. Isto poderia levar a avanços em vários campos, incluindo eletrônica, armazenamento de energia, transporte e produtos de consumo.



O trabalho de Asadi tem implicações significativas, pois aborda o desafio de melhorar simultaneamente duas propriedades – multifuncionalidade e integridade estrutural – em materiais compósitos, que consistem em pelo menos dois materiais com propriedades diferentes. Ao incorporar nanoestruturas padronizadas, ele pretende superar o compromisso normalmente observado entre essas propriedades, eliminando a necessidade de sacrificar uma para melhorar a outra nos métodos de fabricação atuais. O trabalho está publicado na revista Advanced Materials .

Ele explica:"Atualmente, a fabricação de materiais com funcionalidade e desempenho estrutural simultaneamente maximizados é considerada paradoxal. Por exemplo, aumentar a condutividade elétrica geralmente reduz a resistência ou vice-versa; aumentar a resistência geralmente diminui a resistência à fratura."

No entanto, Asadi inspira-se em estruturas naturais, como a tromba do elefante, que possui propriedades e funcionalidades aparentemente incompatíveis.

“Já existem estruturas naturais com propriedades consideradas incompatíveis na engenharia atual, como a tromba de um elefante que é ao mesmo tempo rígida e forte, mas também flexível e delicada para lidar com pequenos vegetais e ao mesmo tempo possui funcionalidades de comunicação e detecção, todas decorrentes de sua arquitetura de hidrostatos musculares.

A equipe de pesquisa usou um método único para ajustar o quanto um material absorve ou repele água, conhecido como grau de anfifilicidade, em vários nanomateriais. Usando esses materiais, eles criaram e combinaram padrões específicos chamados padrões de anel e disco, que governam as propriedades finais dos materiais compósitos.

Para fazer isso, eles usaram um sistema de pulverização preciso com dióxido de carbono (CO₂ ) para depositar os padrões na superfície das fibras de carbono. Isso permitiu controlar o tamanho das gotículas, os padrões em escala microscópica e as interações dos materiais, alcançando finalmente as propriedades desejadas. Neste estudo, gotículas de água entregaram os nanomateriais à superfície das fibras de carbono usando o sistema de spray.

"Desenvolvemos uma nova técnica de pulverização, conhecida como CO-supercrítico₂ atomização assistida, que aproveita as propriedades do CO supercrítico₂ e sua alta dissolução em água que pode criar várias pequenas gotículas dentro de uma suspensão composta de água e nanomateriais", disse o Dr. Dorrin Jarrahbashi, co-autor do artigo do jornal do grupo, "Multifuncionalidade através da incorporação de nanoestruturas padronizadas em compósitos de alto desempenho".

“Ao contrário das abordagens convencionais nas quais materiais com propriedades intrínsecas desejadas são integrados para adicionar funcionalidade, esta pesquisa introduz o conceito de integração de nanopadrões e mostra que diferentes padrões do mesmo material levarão a propriedades diferentes em compósitos em macroescala”, disse Asadi. "Se o objetivo for o aprimoramento simultâneo da funcionalidade e das propriedades estruturais, os padrões podem ser combinados e melhorar sinergicamente todas as propriedades desejadas."

Existem vários benefícios na abordagem da Asadi. Ele oferece um método prático, escalável e economicamente viável para a criação de materiais e componentes nanoestruturados com propriedades ajustáveis. O uso de diversos materiais e o controle preciso sobre a arquitetura em escalas de múltiplos comprimentos aumentam a versatilidade e o potencial de personalização dos compósitos.

À medida que a pesquisa avança, o trabalho de Asadi provavelmente revolucionará a fabricação de compósitos de alto desempenho.

O impacto potencial desta pesquisa vai além da comunidade científica. “A pesquisa é promissora para impactar vidas”, afirmou Asadi. "A técnica simples, mas escalável, introduzida reduzirá o custo final de dispositivos intrincados e complexos e ampliará a fabricação de compósitos nanoestruturados, contribuindo para a economia e o mercado de trabalho dos EUA. Isso poderia resultar em dispositivos melhorados, sistemas de energia mais eficientes e produtos inovadores que melhorem vida cotidiana."

Mais informações: Ozge Kaynan et al, Multifuncionalidade através da incorporação de nanoestruturas padronizadas em compósitos de alto desempenho, Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202300948
Informações do diário: Materiais Avançados

Fornecido pela Texas A&M University