Materiais Avançados

Finalmente um compósito que preserva as propriedades dos nanotubos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  22/12/2017

Depois de infiltrar-se pela cerâmica, os nanotubos formam estruturas parecidas com as usadas em edifícios de bambu. [Imagem: Fabian Schütt et al. - 10.1038/s41467-017-01324-7]

Compósitos de nanotubos

Extremamente leves, condutores excepcionais e mais estáveis do que o aço: devido às suas propriedades únicas, os nanotubos de carbono têm sido apontados como o material ideal para inúmeras aplicações, desde baterias ultraleves e plásticos de alto desempenho, até implantes médicos.

Até hoje, no entanto, tem sido difícil transferir essas características extraordinárias observadas em nanoescala para uma aplicação industrial. O grande problema é que os nanotubos de carbono não combinam bem com outros materiais ou, quando combinam, então suas propriedades decaem drasticamente.

Agora, uma equipe da Alemanha e da Itália desenvolveu um método alternativo no qual os minúsculos tubos podem ser combinados com um material de suporte de modo a formar uma rede 3D estável que permite que eles retenham suas propriedades características.

O método é baseado em um processo simples de infiltração química a úmido. Os nanotubos são misturados com água e gotejados em um material cerâmico extremamente poroso feito de óxido de zinco, que absorve o líquido como uma esponja. Os nanotubos nas gotas se prendem ao suporte de cerâmica e formam automaticamente uma camada estável, semelhante a um feltro. O suporte de cerâmica fica então revestido internamente com nanotubos, por assim dizer.

Como edifícios de bambu

Os efeitos foram fascinantes, tanto para o suporte de cerâmica quanto para o revestimento de nanotubos.

Por um lado, a estabilidade do suporte de cerâmica aumenta tão drasticamente que ele passa a suportar uma carga equivalente a 100.000 vezes o seu próprio peso.

"Com o revestimento de nanotubos, o material cerâmico pode sustentar cerca de 7,5 kg e, sem eles, apenas 50 g - é como se o tivéssemos montado com uma jaqueta justa feita de nanotubos de carbono, que oferece suporte mecânico. A pressão sobre o material é absorvida pela resistência à tração do feltro de nanotubos. As forças de compressão são transformadas em forças de tração," resumiu o pesquisador Fabian Schütt, da Universidade de Kiel.

O princípio é comparável ao que opera nos edifícios de bambu, muito comuns na Ásia. As hastes de bambu ficam ligadas tão fortemente com uma simples corda que o material leve pode formar andaimes extremamente estáveis e até edifícios inteiros. "Fizemos o mesmo em nanoescala com as malhas de nanotubos, que se envolvem em torno do material cerâmico - apenas muito, muito menores," completou Helge Krüger, membro da equipe.

Além da resistência, a técnica permite fabricar inúmeros tipos de materiais eletricamente condutores.

Detalhe do "feltro" de nanotubos que se infiltra pela parede da cerâmica de sustentação. [Imagem: Fabian Schütt et al. - 10.1038/s41467-017-01324-7]

Aplicações

As aplicações para o novo material vão de eletrodos para baterias e tecnologia de filtragem, até como material de enchimento para plásticos condutores, implantes para medicina regenerativa, sensores e componentes eletrônicos em nanoescala. A boa condutividade elétrica e a resistência do material a rasgos também é interessante para aplicações eletrônicas flexíveis, em roupas funcionais ou no campo da tecnologia médica, por exemplo.

"É concebível criar um plástico que, por exemplo, estimule células do osso ou do coração a crescerem. Devido à sua simplicidade, o processo também poderá ser transferido para estruturas de rede feitas de outros nanomateriais - o que ampliará a gama de possíveis aplicações," disse o professor Rainer Adelung.

Bibliografia:

Hierarchical self-entangled carbon nanotube tube networks
Fabian Schütt, Stefano Signetti, Helge Krüger, Sarah Röder, Daria Smazna, Sören Kaps, Stanislav N. Gorb, Yogendra Kumar Mishra, Nicola M. Pugno, Rainer Adelung
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 1215
DOI: 10.1038/s41467-017-01324-7