Materiais de ponta como o grafeno - uma fina camada de carbono com apenas um átomo de espessura - estão ficando mais leves, mais fortes e mais fáceis de produzir a cada dia, oferecendo um novo potencial para transformar as indústrias de dessalinização de água em células solares e detecção de doenças.
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Mas nossos materiais feitos pelo homem ainda carecem de uma qualidade muito desejada que ocorre naturalmente nas raízes das plantas e da pele humana: a capacidade de se curar.
Uma equipe liderada por Scott White na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign decidiu mudar isso adicionando um sistema vascular artificial ao plástico. A idéia é encher as pseudo-veias do material com líquidos quimicamente reativos para que, quando o plástico for rasgado, as substâncias possam se combinar e solidificar como sangue coagulante, protegendo o objeto de mais danos.
Em um vídeo de demonstração, a equipe testa a técnica em um bloco de plástico, bombeando dois líquidos através de canais separados para dentro do objeto antes de perfurar o material com uma broca de 4 milímetros. A broca criou rachaduras que liberaram os canais líquidos, mas graças ao sistema vascular, os líquidos escorreram pelo buraco e rachaduras, em 20 minutos formando um gel espesso que impedia que o dano se espalhasse. O gel solidificou em questão de três horas, eventualmente se recuperando em cerca de 60% da força do material original, de acordo com a equipe.
Os pesquisadores imaginam usar a tecnologia para proteger tudo, de equipamentos militares a materiais de construção - economizando tempo e mão de obra em situações de emergência ou em locais de trabalho de difícil acesso.
O processo de mistura química e solidificação pode soar familiar para qualquer pessoa que já tenha usado resina epóxi comprada em uma loja de ferragens. Mas Brett Krull, um co-autor da pesquisa, diz que a equipe se afastou dos epóxis, em grande parte por causa de seus tempos de reação lentos.
Embora produza um efeito semelhante ao dos epóxis, o novo plástico ajuda a reparar que os danos devem ser mais rápidos, diz Krull.
A diferença fundamental:
"Nós projetamos nosso sistema para passar por duas transições diferentes", enquanto a resina epóxi funciona de maneira diferente, diz Krull. "Duas reações químicas começam assim que ocorre a mistura, mas elas ocorrem em escalas de tempo muito diferentes".
Krull diz que a primeira reação transforma a mistura em um gel macio em 30 segundos. Isso mantém os produtos químicos no lugar dentro da área danificada, enquanto ainda permite a entrega de mais fluidos no orifício ou crack até que ele seja preenchido. A segunda reação, que transforma os produtos químicos em sólidos, ocorre depois, a uma taxa que pode ser controlada pela alteração da composição e das concentrações dos produtos químicos.
"Nossa química não aborda a complexidade de um sistema natural", diz Krull, "mas nós projetamos um sistema com uma resposta dependente do tempo aos danos".
White e sua equipe demonstraram a capacidade de curar rachaduras microscópicas de uma maneira diferente no passado, usando microesferas epoxi e incorporadas. Mas a nova abordagem vascular permite o reparo em uma escala muito maior. A técnica poderia ser usada para consertar um corte no lado de uma broca subaquática, por exemplo, ou uma marca em uma espaçonave que colide com um meteoro.
Os pesquisadores ainda enfrentam desafios à medida que continuam a desenvolver os materiais de auto-estímulo, incluindo como aumentar a eficácia das redes vasculares no material (plástico, neste caso) sem reduzir significativamente sua força ou desempenho. A equipe também quer dar ao material a capacidade de curar várias "feridas" ao longo do tempo.
Os produtos químicos também provavelmente terão que ser ajustados para lidar com áreas maiores de danos. Segundo a New Scientist, os furos no material que eram maiores que 8 mm fizeram com que os produtos químicos cedessem. A equipe acredita que o uso de espuma nos canais em vez de fluido permitirá que o material cure áreas maiores, embora os pesquisadores ainda não tenham testado essa opção.
Krull diz que eles também procurarão tornar o material efetivo em diferentes ambientes, como temperaturas extremas, debaixo d'água ou no espaço. (Até agora, o teste foi feito principalmente no laboratório).
Embora a tecnologia possa um dia chegar aos produtos de consumo, não espere que esses materiais de autocura consertem magicamente a parte de trás do seu iPhone ou o pára-choque de seu carro ainda. A tecnologia ainda está nos estágios iniciais de desenvolvimento, diz Krull. E como a pesquisa é financiada pela Força Aérea dos EUA, é provável que ela seja usada em caças, tanques ou naves espaciais primeiro, junto com dispositivos que são difíceis de consertar, como equipamento de perfuração submarina.
Mas isso é apenas o começo do que o material pode ser capaz de fazer, diz Krull.
"A versão atual é mais uma cicatriz, já que o material curado não é tão bom quanto o original", diz Krull. “Nosso objetivo de longa distância é desenvolver um polímero verdadeiramente regenerativo onde o material perdido por um evento de dano possa ser substituído por material da mesma composição.”
