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Materiais Avançados

Madrepérola artificial fabricada com propriedades ajustáveis

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/12/2018

Madrepérola artificial fabricada com propriedades ajustáveis
Sessão transversal da madrepérola artificial vista ao microscópio.
[Imagem: Kunal Masania/ETH Zurich]

Madrepérola artificial

Pesquisadores do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH), na Suíça, desenvolveram uma versão sintética da madrepérola, cujas propriedades físicas podem ser especificamente ajustadas.

A madrepérola natural, como a produzida pelos mexilhões, é um dos materiais naturais mais duros, mais estáveis e resistentes que se conhece. Ela já foi usada como inspiração para a criação de cerâmicas superduras, mas reproduzi-la de forma sintética em toda a glória de suas incríveis propriedades tem sido um desafio difícil de vencer.

A estrutura da madrepérola, quando vista sob o microscópio eletrônico, lembra uma parede de tijolos em miniatura, cujas juntas estão cheias de argamassa. Os tijolos são compostos de minúsculas placas de carbonato de cálcio empilhadas umas sobre as outras, interligadas com pontes minerais e com os vãos preenchidos com uma argamassa composta de uma substância orgânica.

Madeleine Grossman e seus colegas começaram com placas de óxido de alumínio comercialmente disponíveis, com algumas dezenas de micrômetros de espessura, e uma resina epóxi que funciona como um cimento comum.

Usando um campo magnético rotativo, as placas magnetizadas dissolvidas em solução aquosa podem ser alinhadas em uma direção selecionada. E, sob alta pressão e temperaturas de cerca de 1000 graus Celsius, o material foi solidificado com a adição da resina.

O resultado é um material compósito com uma microestrutura semelhante à da madrepérola natural.

Uma pitada de titânio

Para tornar a madrepérola artificial ainda mais estável e mais dura, a equipe produziu versões dessas placas revestidas com óxido de titânio. O óxido de titânio começa a derreter a cerca de 800º C, o que é um ponto de fusão mais baixo do que o do óxido de alumínio. Contudo, gotas de óxido de titânio formam-se na superfície das plaquetas e se transformam em pontes, fortalecendo assim toda a estrutura.

A densidade dessas pontes de titânio pode ser ajustada com precisão controlando-se a pressão e a temperatura, para produzir uma madrepérola artificial com as propriedades físicas desejadas - como rigidez, resistência e tenacidade à fratura.

Com esta tecnologia, diz a equipe, materiais semelhantes à madrepérola podem ser produzidos com propriedades sob medida para aplicações na construção civil, em aviões e para aplicações espaciais.

Bibliografia:

Artigo: Quantifying the role of mineral bridges on the fracture resistance of nacre-like composites
Autores: Madeleine Grossman, Florian Bouville, Kunal Masania, André R. Studart
Revista: Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.1805094115






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