Cientistas desenvolveram novo material que é tão flexível quanto elástico, mas resistente como aço
Uma nova fibra de alta tecnologia que combina a elasticidade da borracha com a força de um metal foi desenvolvida por cientistas norte-americanos.
O material inquebrável mais resistente imita a pele humana, mas também conduz eletricidade e se cura após o uso, fatores importantes para a eletrônica esticável e a robótica leve.
Também pode ser usado para materiais de embalagem ou têxteis da próxima geração.
“Uma boa maneira de explicar o material é pensar em elásticos e fios de metal”, disse o professor Michael Dickey, da North Carolina State University.
O melhor dos dois mundos
“Um elástico pode esticar muito longe, mas não é preciso muita força para esticá-lo. Um fio de metal requer muita força para esticá-lo, mas não pode ser preciso muita tensão – ele quebra antes que você possa esticá-lo muito longe. Nossas fibras têm o melhor dos dois mundos.”
“Materiais resistentes encontrados na natureza mantêm a integridade estrutural de muitos tecidos biológicos contra cargas externas. O colágeno, por exemplo, endurece a pele em uma rede que compreende fibras agrupadas que rapidamente e efetivamente dissipam energia e evitam que os cortes se espalhem. O músculo humano é fortalecido pela biomolécula de titina, que se desdobra reversivelmente para absorver as cargas de tração.”
“Esses tipos de tecidos não precisam apenas ser esticáveis para acomodar a deformação por tração, mas também devem ser difíceis de evitar falhas mecânicas.”
“A capacidade de imitar essas propriedades é importante tanto para funções práticas (por exemplo, equipamentos de embalagem e proteção) quanto para aplicações emergentes que sofrem alongamento (por exemplo, eletrônica esticável, robótica macia e pele eletrônica).”
Muito resistente
A nova fibra tem um núcleo metálico de gálio rodeado por uma bainha de polímero elástico, que é muito mais resistente do que o fio de metal ou a bainha de polímero por si só.
Quando colocada sob tensão, a fibra tem a força do núcleo de metal – mas quando o metal se rompe, a fibra não falha à medida que a camada de polímero absorve a tensão entre as quebras no metal e transfere a tensão de volta para o núcleo de metal.
Essa resposta é semelhante à maneira como o tecido humano mantém os ossos quebrados.
“Toda vez que o núcleo de metal quebra, ele dissipa energia, permitindo que a fibra continue a absorver energia à medida que se alonga”, diz Dickey. “Ao invés de encaixar dois quando esticado, ele pode esticar até sete vezes seu comprimento original antes da falha, enquanto causa muitas quebras adicionais no fio ao longo do caminho.”
“Para pensar de outra forma, a fibra não vai quebrar e perder peso. Em vez disso, ao liberar energia repetidamente através de intervalos internos, a fibra diminui o peso de forma lenta e constante”.
O núcleo de gálio também é condutor, embora perca sua condutividade quando o núcleo interno se rompe – mas as fibras também podem ser reutilizadas fundindo novamente os núcleos de metal.
Elástica como a pele
O autor correspondente do estudo disse: “Há muito interesse em materiais de engenharia para imitar a dureza da pele – e desenvolvemos uma fibra que ultrapassou a dureza da pele e ainda é elástica como a pele.”
“Usamos o gálio para este trabalho de prova de conceito, mas as fibras podem ser ajustadas para alterar suas propriedades mecânicas ou para reter a funcionalidade em temperaturas mais altas, usando diferentes materiais no núcleo e na casca.”
“Esta é apenas uma prova de conceito, mas tem muito potencial. Estamos interessados em ver como essas fibras poderiam ser usadas em robótica leve ou quando tecidas em têxteis para várias aplicações”, concluiu.
O estudo foi publicado na revista Science Advances
Com informações: GNN / Science Advances