AÇO PLÁSTICO

05/10/2007
Agência FAPESP

Mimetizando uma estrutura molecular encontrada em conchas marinhas, pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, criaram um compósito plástico que é forte como aço, mas mais leve e transparente. O material é feito de camadas de nanofolhas de argila e um polímero solúvel em água quimicamente próximo da cola branca.

O estudo sobre o material compósito foi publicado na edição desta sexta-feira (5/10) da revista Science. O professor de engenharia Nicholas Kotov, que coordenou a equipe de pesquisa, diz ter cogitado chamar o novo material de “aço plástico”, mas ele “não era elástico o bastante para merecer esse nome”.

No entanto, o cientista acredita que o desenvolvimento futuro do compósito poderá servir, por exemplo, para a blindagem de veículos e roupas de policiais e soldados. O material poderia também servir para aparelhos microeletromecânicos, sensores biomédicos, válvulas e aeronaves não-tripuladas.

Os pesquisadores resolveram um problema enfrentado por cientistas e engenheiros há décadas: individualmente, as nanoestruturas como nanotubos, nanofolhas e nano-hastes são ultrafortes. Mas materiais maiores feitos com nanoestruturas são comparativamente frágeis.

“Quando se tentava construir algo que se possa pegar com as mãos, havia dificuldades em transferir a força dos nanotubos e nanofolhas individuais para o material inteiro”, disse Kotov. “Nós demonstramos que se pode atingir um ponto quase ideal de transferência de tensão entre nanofolhas e uma matriz polimérica.”

Os pesquisadores criaram esse novo compósito plástico com uma máquina – desenvolvida por eles – que constrói materiais com uma camada em nanoescala após a outra.

A máquina robótica consiste em um braço que gira sobre uma roda que sustenta frascos com diferentes líquidos. O braço segura um pedaço de vidro sobre o qual ela constrói o novo material.

O braço mergulha o vidro numa solução polimérica semelhante à cola e, em seguida, num líquido composto por nanofolhas de argila dispersas. Quando essas camadas secam, o processo é repetido. Foram necessárias 300 camadas de polímero e de nanofolhas de argila para criar uma peça espessa como um plástico-filme.

As conchas de ostras e mariscos são construídas da mesma maneira, camada por camada. Trata-se de um dos mais duros materiais naturais com base mineral.

O polímero semelhante à cola usado no experimento – álcool polivinílico – foi tão importante quanto o processo de junção camada a camada. A estrutura de nanocola e das nanofolhas de argila permitiu que as camadas formassem vínculos cooperativos de hidrogênio, que ocasionam o que Kotov chama de “efeito velcro”. Esses vínculos, se quebrados, podem facilmente se reestruturar em outra parte.

O “efeito velcro”, segundo o cientista, é uma das razões pelas quais o material é tão forte. Outra razão é a disposição das nanofolhas. Elas são encaixadas como tijolos, num padrão alternado.

“Quando se tem uma estrutura de tijolo e argamassa, qualquer rachadura é detida por cada interface entre os tijolos”, disse Kotov. “É difícil replicar numa escala maior os tijolos em nanoescala. Mas foi o que conseguimos fazer”, explicou.

O artigo Ultrastrong and Stiff Layered Polymer Nanocomposites, de Nicholas Kotov e outros, pode ser lido por assinantes da Science em www.sciencemag.org.