Materiais Avançados

Material bioinspirado é elástico e rígido ao mesmo tempo

Material bioinspirado é elástico e rígido ao mesmo tempo
O material foi inspirado nos fios, parecidos com seda, que os moluscos excretam para se fixar às superfícies.[Imagem: Brocken Inaglory/Wikimedia]

Rigidez e elasticidade

Rigidez e elasticidade geralmente estão em extremidades opostas de um continuum - ao menos quando se trata de materiais feitos pelo homem.

Tipicamente, quanto mais elástico for um material, menor será sua capacidade de suportar cargas e resistir a forças. Quanto mais rígido ele for, mais propenso será a uma ruptura quando submetido a esforços.

Mas a natureza deu o seu jeito: existe simultaneamente rigidez e elasticidade nos bissos dos moluscos, feixes de filamentos, parecidos com a seda, que moluscos como o mexilhão usam para fixar-se às rochas.

Esses fios biológicos precisam ser extensíveis o suficiente para viabilizar a aderência apropriada em superfícies irregulares e absorver o constante bater das ondas, mas também precisam ser rígidos o bastante para evitar que os mexilhões saltem com as ondas e batam contra as estruturas às quais se apegaram.

Kayetan Chorazewicz e seus colegas da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara copiaram essa funcionalidade, sintetizando um material biomimético que ameniza a luta entre flexibilidade e resistência, e ainda pode ser usado em ambientes secos ou úmidos.

Materiais funcionalmente graduados

O resultado é o que está sendo conhecido como "material funcionalmente graduado", uma classe relativamente nova de materiais que tira proveito de diferenças em suas composições, neste caso uma combinação interligada do monômero benzil acrilato (BZA) com trietileno glicol dimetacrilato (TEGDMA), um polímero usado em restaurações dentais.

A combinação interligada - em contraposição a criar um sanduíche de camadas individuais de BZA e TEGDMA - fornece as habilidades que nenhum dos dois materiais sozinho apresenta: a capacidade de suportar tensão em uma ampla faixa de temperaturas sem se romper e a capacidade de suportar cargas.

A tecnologia tem uma ampla gama de aplicações, dizem os pesquisadores.

"Podemos imaginar qualquer material à base de polímero que exija carga, incluindo plásticos mais resistentes, equipamentos de proteção, como capacetes, peças de construção e componentes mais duráveis de aeronaves, veículos e embarcações," disse o professor Kollbe Ahn.

Além disso, os campos da medicina, bioengenharia, bioeletrônica e até robótica leve podem se beneficiar desses materiais funcionalmente graduados, que podem ser usados para fazer próteses, articulações artificiais e órgãos, ou atuadores e máquinas macias.

"Outra aplicação amplamente prática seria aplicar materiais graduais como o nosso como revestimentos de materiais já existentes, em vez de substituí-los totalmente, por exemplo, plásticos duros ou mesmo implantes biomédicos," disse Sameer Sundrani, membro da equipe.

Bibliografia:

Bioinspired Functional Gradients for Toughness Augmentation in Synthetic Polymer Systems
Kayetan Chorazewicz, Sameer Sundrani, B. Kollbe Ahn
Macromolecular Chemistry and Physics
Vol.: 219, Issue 15
DOI: 10.1002/macp.201800134




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