Materiais Avançados

Fibra mais forte do mundo mistura natureza e alta tecnologia

Fibras mais fortes do mundo
As folhas de óxido de grafeno e os nanotubos misturam-se com as moléculas de polímero, organizando-se espontaneamente. [Imagem: Shin et al./Nature]

Inspiração natural

Pesquisadores coreanos criaram as fibras mais fortes do mundo usando a seda de aranha como inspiração para misturar dois materiais de última geração.

Embora a seda das aranhas seja incrivelmente forte, o material é feito de proteínas, o que faz com que se degrade muito rapidamente, inviabilizando aplicações práticas de natureza estrutural.

Por outro lado, os nanotubos de carbono e o grafeno são reconhecidos como os materiais mais fortes que se conhece.

Fibra de polímero e carbono

Seon Jeong Kim, que já havia criado um tecido artificial de DNA com nanotubos, encontrou uma maneira de mesclar os nanotubos, que são cilíndricos, com folhas de óxido de grafeno, que são planas.

A inspiração para esta mistura insólita veio da seda das aranhas.

"A seda das aranhas é muito forte e flexível, e ela é composta de dois tipos de proteínas: um tipo planar, uma estrutura 2D conhecida como nanocristais beta, e um tipo corda, uma estrutura 1D conhecida como fios beta," explica Kim.

O pesquisador misturou as duas nanoestruturas de carbono em uma solução aquosa de álcool polivinílico (PVA) da qual foram gerados os fios, tratados com metanol para aumentar a cristalinidade do material.

Enquanto o elogiado fio de segurança das aranhas tem uma tenacidade de 165 J/g, as novas fibras compósitas alcançaram até 970 J/g, superior ao bem conhecido Kevlar®, usado em coletes à prova de balas, que alcança 786 J/g.

Fibras mais fortes do mundo
Esquema da evolução do processo de formação da fibra, que mistura estruturas tubulares e planares, como a seda das aranhas. [Imagem: Shin et al./Nature]

Fibra mais forte do mundo

Depois de testar múltiplas combinações de nanotubos e folhas de óxido de grafeno, o grupo de Kim concluiu que os melhores resultados são obtidos com uma proporção 1:1, que permitem o alinhamento espontâneo dos tubos e das folhas ao longo da direção da fibra.

Uma tenacidade de 970 J/g é o mais alto valor já relatado para qualquer material, o que torna este compósito a fibra mais forte que se conhece.

"Nosso processo de fabricação é muito simples e adequado para a indústria. Nós usamos óxido de grafeno barato e produzido em massa para substituir os mais caros nanotubos de carbono de parede única," disse Kim.

Enquanto nanotubos de carbono de alta pureza custam entre US$25.000 e US$90.000 o quilograma, o óxido de grafeno custa US$450 o quilograma.

Bibliografia:

Synergistic toughening of composite fibres by self-alignment of reduced graphene oxide and carbon nanotubes
Min Kyoon Shin, Bommy Lee, Shi Hyeong Kim, Jae Ah Lee, Geoffrey M. Spinks, Sanjeev Gambhir, Gordon G. Wallace, Mikhail E. Kozlov, Ray H. Baughman, Seon Jeong Kim
Nature Communications
Vol.: 3, Article number: 650
DOI: 10.1038/ncomms1661




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