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Materiais Avançados

Serragem com nanotecnologia melhora as fibras de carbono

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/08/2020

Serragem com nanotecnologia melhora as fibras de carbono
Imagem de microscopia eletrônica dos nanocristais de celulose sobre as fibras de carbono.
[Imagem: Amir Asadi Lab/Texas A&M]

Nanotubos com nanomadeira

As fibras de carbono estão entre os melhores produtos sintéticos atualmente no mercado quando o assunto é leveza e resistência.

Os nanotubos de carbono são ainda mais excepcionais, mas ninguém conseguiu até agora fabricá-los em dimensões úteis na escala humana.

Mas Shadi Shariatnia, da Universidade do Texas, nos EUA, conseguiu algo que parecia natural: usar os minúsculos nanotubos de carbono para reforçar as muito maiores fibras de carbono.

É claro que muita gente tem tentado fazer isso, mas Shariatnia encontrou o ingrediente que faltava na receita: cristais de celulose do tamanho dos nanotubos - por isso o material também é conhecido como nanocelulose.

E, para produzir a nanocelulose, o pesquisador nem precisou triturar madeira: Ele usou madeira já triturada, um rejeito da indústria madeireira e de móveis, também conhecida como serragem.

O resultado é um material composto - um compósito - que justifica a expressão recorrentemente utilizada pelos pesquisadores da área: "Leve como uma pena e forte como aço".

Serragem com nanotecnologia melhora as fibras de carbono
A manipulação do material em nanoescala amplia suas possibilidades de uso em macroescala.
[Imagem: Amir Asadi Lab/Texas A&M]

Compósitos poliméricos

Os compósitos são tipicamente construídos em camadas. Por exemplo, compósitos de polímero são feitos de camadas de fibras, como fibras de carbono ou Kevlar, e uma matriz de polímero. Ocorre que essa estrutura em camadas é também o calcanhar de Aquiles dos compósitos: Qualquer dano às camadas causa fraturas, um processo conhecido tecnicamente como delaminação.

No casamento dos nanotubos com as fibras de carbono há um problema adicional: Os nanotubos têm a tendência de se aglomerar, não formando camadas uniformes.

O que Shariatnia fez foi tirar proveito do fato de que os nanocristais de celulose têm segmentos em suas moléculas que atraem a água e segmentos que repelem a água. A parte hidrofóbica da nanocelulose se liga às fibras de carbono e as ancora na matriz polimérica. Por outro lado, as porções hidrofílicas - que atraem a água - ajudam a dispersar os nanotubos carbono uniformemente, evitando que se aglomerem.

Quando tudo seca, resta um compósito com uma resistência à flexão 33% maior e uma resistência interlaminar 40% mais elevada.

"Este método nos permitiu ter mais controle sobre as propriedades dos compósitos poliméricos que emergem em macroescala. Acreditamos que nossa técnica é um caminho a seguir na ampliação do processamento de compósitos híbridos, que serão úteis para uma variedade de indústrias, incluindo a fabricação de aeronaves e automóveis," disse o professor Amir Asadi.

Bibliografia:

Artigo: Hybrid Cellulose Nanocrystal-Bonded Carbon Nanotubes/Carbon Fiber Polymer Composites for Structural Applications
Autores: Shadi Shariatnia, Annuatha V. Kumar, Ozge Kaynan, Amir Asadi
Revista: Applied Nano Materials
DOI: 10.1021/acsanm.0c00785





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