Materiais Avançados

Materiais porosos chegam próximos da rigidez teórica máxima
É praticamente impossível desenvolver materiais porosos que sejam mais rígidos do que estes.[Imagem: ETH Zurich/Marc Day]

Placas reticuladas versus treliças

Uma equipe da Suíça e dos EUA desenvolveu novos materiais com uma arquitetura matematicamente calculada que os torna igualmente fortes em todas as três dimensões.

Mais do que isso, esses materiais são extremamente rígidos.

Como é possível determinar matematicamente a rigidez máxima que um material poroso atingirá, ficou fácil avaliar o resultado: As estruturas chegam muito perto da rigidez máxima teórica.

Em outras palavras, mantendo o peso, é praticamente impossível desenvolver materiais porosos que sejam mais rígidos do que estes.

Uma característica chave dessas estruturas é que a rigidez interior do material é obtida através de placas reticuladas, e não de treliças.

"O princípio da treliça é muito antigo; ele tem sido usado há tempos nas casas de enxaimel, pontes de aço e torres de aço, como a Torre Eiffel. Podemos ver através das treliças, então elas são percebidas como estruturas leves ideais.

"No entanto, usando cálculos de computador, teoria e medições experimentais, estabelecemos agora uma nova família de estruturas de placas reticuladas que são até três vezes mais rígidas do que uma treliça de mesmo peso e volume," explicou o professor Dirk Mohr, do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH), na Suíça.

E não é apenas a rigidez - a resistência à deformação elástica - dessas estruturas que se aproxima dos valores máximos teóricos: sua resistência também (resistência à deformação irreversível).

Materiais porosos chegam próximos da rigidez teórica máxima
As estruturas de placas reticuladas superaram a rigidez das conhecidas treliças, usadas milenarmente. [Imagem: Thomas Tancogne-Dejean et al. - 10.1002/adma.201803334]

Todos os usos

O professor Mohr enfatiza que as vantagens deste design são universalmente aplicáveis - para todos os materiais constituintes e também em todas as escalas de comprimento, desde o muito pequeno (nanométrico) até o muito grande.

Assim, não há limites para as aplicações potenciais, de implantes médicos e gabinetes de aparelhos eletrônicos até carros ultraleves. "Assim que esses materiais leves estiverem sendo fabricados em larga escala, essas grades de placas periódicas serão o projeto preferido," disse Mohr.

Inicialmente projetados em computador, os protótipos das estruturas foram fabricados em plástico por impressão 3D.

Bibliografia:

An Emerging Class of Low-Density Metamaterial Exhibiting Optimal Isotropic Stiffness
Thomas Tancogne-Dejean, Marianna Diamantopoulou, Maysam B. Gorji, Colin Bonatti, Dirk Mohr
Advanced Materials
Vol.: 30, Issue 45
DOI: 10.1002/adma.201803334




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