Materiais Avançados

Passinho de lado Homem de Aço, vem aí o Homem de Celulose

Fibra de celulose superou simultaneamente aço e seda de aranha
O segredo da força e resistência da nova fibra está no seu processo de fabricação. [Imagem: Nitesh Mittal et al. - 10.1021/acsnano.8b01084]

Superando o Homem de Aço

A seda de aranha é conhecida como sendo o tecido mais forte que se conhece, enquanto as fibras de aço, cerâmica e vidro são considerados os melhores materiais de construção.

Mas agora uma fibra celulósica especialmente organizada tornou-se o material mais forte de todos eles - Nitesh Mittal e seus colegas do Instituto Real de Tecnologia, na Suécia, criadores do material, já falam em rebatizar o Super-Homem de "homem de aço" para "homem de celulose".

Embora a tecnologia dos materiais tenha avançado rapidamente, os pesquisadores ainda estão brincando de pegar com a natureza. Uma tendência recente tem consistido em imitar a arquitetura dos materiais naturais no nível da nanoescala, com a esperança de que isso se traduza em mais força em macroescala.

Por exemplo, a camada mais forte e rígida das paredes celulares na madeira é composta de nanofibrilas de celulose, e a organização desse material serviu de inspiração para a criação de substâncias fortes em macroescala. Mas a fraca adesão e os desalinhamentos das nanofibras têm atrapalhado a fabricação desses produtos de forma consistente.

Fibra de celulose superou simultaneamente aço e seda de aranha
Detalhes de uma das fibras, com a nanocelulose fortemente adensada. [Imagem: Nitesh Mittal et al. - 10.1021/acsnano.8b01084]

Montagem assistida por fluxo

Mittal superou essa dificuldade usando um processo de "montagem assistida por fluxo" para organizar as nanofibrilas de celulose em um alinhamento quase perfeito dentro das fibras em macroescala. Mesmo a fibra mais fraca que a equipe fabricou ficou mais forte do que todas as outras fibras de nanocelulose já fabricadas anteriormente.

Mais importante ainda, as fibras em macroescala ficaram mais fortes do que as fibras de metais, ligas metálicas e de vidro. Elas são mais fortes e oito vezes mais rígidas do que uma fibra conhecida como seda "dragline", o fio de segurança das aranhas, que é o padrão ouro para os biopolímeros leves.

As medições do material indicaram uma rigidez à tração de 86 gigapascals (GPa) e uma resistência à tração de 1,57 GPa.

Auto-organização

O processo de fabricação desenvolvido pela equipe sueca envolve o controle do fluxo de nanofibras suspensas em água passando por um canal de 1 mm de espessura, fresado em aço inoxidável.

A conexão de fluxos de água deionizada e de água de baixo pH ajuda a alinhar as nanofibras na direção certa e permite que as interações supramoleculares façam as nanofibrilas de celulose se auto-organizarem, gerando um estado fortemente adensado.

Os pesquisadores afirmam que o material pode ser útil em muitas aplicações de suporte de carga, como biocompósitos leves para carros e bicicletas, bem como para implantes médicos de alto desempenho.

Bibliografia:

Multiscale Control of Nanocellulose Assembly: Transferring Remarkable Nanoscale Fibril Mechanics to Macroscale Fibers
Nitesh Mittal, Farhan Ansari, Krishne Gowda.V, Christophe Brouzet, Pan Chen, Per Tomas Larsson, Stephan V. Roth, Fredrik Lundell, Lars Wågberg, Nicholas A. Kotov, L. Daniel Söderberg
ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.8b01084




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