Sem solda: Metais porosos cicatrizam como ossos a temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/09/2019

Uma seção da espuma metálica de níquel cortada (esquerda) e o processo de cicatrização do metal (direita).
[Imagem: Pikul Research Group]

Metais que se curam

Os metais nos tiraram da Idade da Pedra, permitindo construir objetos nos mais variados formatos, fortes e resistentes.

O inconveniente é que juntar e consertar metais exige uma operação chamada soldagem, que envolve derreter o metal com maçaricos que podem atingir mais de 3.000º C, gastando um bocado de energia.

Então talvez estejamos entrando em uma nova era, ou, no mínimo, em uma nova fase da Idade dos Metais: engenheiros desenvolveram a primeira técnica capaz de reparar um metal a temperatura ambiente.

Zakaria Hsain e James Pikul, da Universidade da Pensilvânia, nos EUA, chamam sua técnica de "cura" por causa de sua semelhança com a maneira como os ossos se curam, recrutando matéria-prima e energia de uma fonte externa.

Autocura em polímeros e metais

Hsain e Pikul estavam trabalhando com espumas metálicas, metais porosos tão fortes que superam todas as blindagens de aço, o que tem levado esses materiais a atraírem o interesse da indústria automobilística.

Eles foram buscar inspiração em materiais capazes de se autoconsertar, em um processo conhecido como autocura. O problema é que toda essa família emergente é formada por polímeros, que podem ser dissolvidos facilmente, escorrendo para preencher as lacunas ou defeitos.

Mas os polímeros também podem ser úteis para consertar metais porque sua quebra pode servir como um sinal de onde a espuma metálica foi danificada. O primeiro passo então foi recobrir as partes sólidas da espuma - uma espuma metálica consiste muito mais de ar do que de metal - com uma camada de parileno D, um polímero quimicamente inerte e elástico.

Como a tolerância a danos desse polímero é um pouco menor que a do níquel de que é feita a espuma, ele quebra primeiro quando a espuma é danificada, revelando o metal por baixo. Estava dado o primeiro passo, que era identificar o defeito. Faltava então induzir a cicatrização do metal.

A equipe quer tornar o processo ainda mais parecido com o que acontece no corpo humano.
[Imagem: Pikul Research Group]

Metal que cicatriza como osso

Os pesquisadores usaram a galvanoplastia para construir novos suportes de níquel apenas no níquel exposto pela quebra do polímero.

A galvanoplastia é uma técnica de temperatura ambiente e baixo consumo de energia, muito usada para adicionar uma camada de cromo às peças de carro ou ouro às joias. Para isso, a peça a ser revestida é colocada em um banho de eletrólito líquido contendo íons do metal a ser aplicado. Quando uma tensão elétrica é aplicada, os íons migram e formam um revestimento uniforme de cromo ou ouro sobre a peça.

"Ao contrário dos polímeros, os metais não fluem a temperatura ambiente," explicou Pikul. "O bom da eletroquímica é que os íons metálicos podem se mover facilmente através do eletrólito líquido. Em seguida, usamos a eletroquímica para converter os íons em metal sólido. O polímero age como uma máscara litográfica e só permite que os íons se transformem em metal onde a espuma foi quebrada."

A espuma pode ser curada sem a necessidade de remover e submergir a peça danificada, o que é particularmente útil se a peça em questão for uma porta de carro, um braço robótico ou um componente da estação espacial.

"Eu acho que, na prática, nosso material é muito semelhante aos ossos. O osso também não é totalmente independente, ele precisa de uma fonte de energia e nutrientes para se curar, os quais provêm da ingestão de alimentos. Em nosso sistema, eles funcionam de maneira semelhante à tensão e ao banho de galvanoplastia," defendeu Pikul.

E ele acredita que futuras pesquisas sobre essa técnica aumentem suas semelhanças com a cura biológica.

"O fluido eletrolítico que permite a cura pode ser integrado às espumas metálicas, de modo que se assemelhe ao sangue em nosso corpo," disse Pikul. "Quando a espuma é fraturada, o eletrólito vai circundar a área fraturada e curar o metal após a aplicação de uma tensão externa, que pode ser de uma bateria."

Bibliografia:

Artigo: Low-Energy Room-Temperature Healing of Cellular Metals
Autores: Zakaria Hsain, James H. Pikul
Revista: Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.201905631