Fibras de nanotubos para substituir de fios de cobre a cabos de elevador

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/04/2020

A dimensão das fibras produzidas é controlada de modo similar a um processo de extrusão.
[Imagem: Gang Wang et al. - 10.1021/acsnano.9b07244]

Fibras de nanotubos

Apesar de seus usos na eletrônica ultrarrápida e até em aplicações inusitadas, como em exames de DNA, a grande promessa dos nanotubos de carbono, desde o seu surgimento, se baseia em sua resistência estrutural, teoricamente capaz de viabilizar a construção de elevadores espaciais para substituir os foguetes.

A grande dificuldade é transformar os nanotubos, que medem poucos nanômetros de comprimento, em fibras de nanotubos de dimensões utilizáveis em escala humana - as técnicas de tecelagem tradicionais, que transformam frágeis fiapos de algodão em fios fortes não têm funcionado.

Gang Wang, da Universidade de Illinois, nos EUA, acaba de desenvolver uma técnica que permite justamente isso, capaz de fazer os nanotubos de carbono formarem fibras, não por união eletrostática, como nos fios de algodão, mas por meio de ligações químicas cruzadas.

Wang dispersou moléculas de hidrocarbonetos bromados dentro da matriz de nanotubos. Quando a mistura é aquecida, os grupos de bromo se soltam e as moléculas se ligam covalentemente aos nanotubos adjacentes.

"Quando você aplica uma corrente [elétrica] através desses materiais, a resistência à corrente é mais alta nas junções onde os nanotubos se tocam. Como resultado, gera-se calor nas junções e usamos esse calor para ligar os nanotubos," contou o professor Joseph Lyding.

Micrografia das fibras de nanotubos de carbono.
[Imagem: Gang Wang et al. - 10.1021/acsnano.9b07244]

Substituir fios de cobre

O tratamento é um processo único. "Uma vez que essas ligações se formam, a resistência na junção diminui e o material esfria. É como fazer pipoca - quando ela estoura, está pronta," acrescentou ele.

O difícil foi encontrar a receita certa: quais moléculas usar, em quais concentrações, e qual a intensidade da corrente elétrica a ser aplicada para grudar os nanotubos sem risco de torrá-los no processo. E a equipe afirma que o resultado apresentado agora é apenas a primeira pipoca que estourou, e dá para melhorar muito o processo com uma sintonia fina nos diversos ingredientes da receita.

Uma primeira aplicação das fibras que a equipe tem em mente é na substituição dos tradicionais fios de cobre para transmissão de eletricidade, uma vez que os nanotubos são excelentes condutores elétricos e as fibras de nanotubos pesam 10 vezes menos do que fios de cobre da mesma espessura.

O próximo passo será sintetizar fibras maiores para aplicações estruturais.

Bibliografia:

Artigo: Enhanced Electrical and Mechanical Properties of Chemically Cross-Linked Carbon-Nanotube-Based Fibers and Their Application in High-Performance Supercapacitors
Autores: Gang Wang, Sung-Kon Kim, Michael Cai Wang, Tianshu Zhai, Siddhanth Munukutla, Gregory S. Girolami, Peter J. Sempsrott, SungWoo Nam, Paul V. Braun, Joseph W. Lyding
Revista: ACS Nano
Vol.: 14, 1, 632-639
DOI: 10.1021/acsnano.9b07244