A poliaramida é facilmente processável em solução, de acordo com pesquisadores do MIT, permitindo inúmeras novas aplicações que requerem uma alta relação força/peso.
Os pesquisadores do MIT criaram um polímero bidimensional que se auto monta em chapas com uma força de rendimento duas vezes superior à do aço, mesmo que o material tenha apenas cerca de um sexto de sua densidade. As aplicações incluem revestimentos leves e duráveis para peças de automóveis ou telefones celulares, ou como material de construção para pontes e outras estruturas.
Até este avanço, os cientistas acreditavam que era impossível induzir os polímeros a formar folhas 2D, relata Anne Trafton do MIT News Office. Os polímeros normalmente formam cadeias unidimensionais, semelhantes a espaguete, e após décadas de pesquisa, o consenso científico era de que seria impossível manter uma estrutura semelhante a uma folha 2D. Uma razão é que se apenas um monômero girasse para cima ou para baixo, para fora do plano da folha em crescimento, o material começaria a se expandir em três dimensões e a estrutura em forma de folha seria perdida, escreve Trafton.
Neste novo estudo, Michael Strano, o professor de engenharia química do MIT de Carbon P. Dubbs e seus colegas, inventaram um processo de polimerização que utiliza um composto melamínico contendo um anel de átomos de carbono e nitrogênio. Sob as condições certas, estes monômeros podem crescer em duas dimensões, formando discos. Estes discos se empilham uns sobre os outros, mantidos juntos por ligações de hidrogênio entre as camadas, o que torna a estrutura muito estável e forte.
Uma associação molecular
“Em vez de fazer uma molécula parecida com um espaguete, podemos fazer um plano molecular semelhante a uma folha, onde conseguimos moléculas para se prenderem em duas dimensões”, disse Strano a Trafton. “Este mecanismo acontece espontaneamente em solução, e depois de sintetizarmos o material, podemos facilmente girar películas finas que são extraordinariamente fortes”. Os pesquisadores demonstraram que eles poderiam revestir superfícies com filmes do material, que eles chamam 2DPA-1.
O módulo elástico do novo material é entre quatro e seis vezes maior que o do vidro à prova de bala, segundo os pesquisadores, e sua resistência ao rendimento é duas vezes maior que a do aço, embora o material tenha apenas cerca de um sexto da densidade do aço.
“Um aspecto importante destes novos polímeros é que eles são facilmente processáveis em solução, o que facilitará inúmeras novas aplicações onde uma alta relação resistência/peso é importante, tais como novos materiais compostos ou barreiras de difusão”, comentou Matthew Tirrell, reitor da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago. Ele não estava envolvido no estudo.
Propriedades superiores de barreira
Por ser composto de monômeros que se encaixam juntos como Legos, não deixando lacunas, o 2DPA-1 é impermeável aos gases. “Isto pode nos permitir criar revestimentos ultraleves que podem impedir completamente a passagem de água ou gases”, disse Strano. “Este tipo de revestimento de barreira poderia ser usado para proteger metal em carros e outros veículos, ou estruturas de aço.”
Um artigo descrevendo a pesquisa foi publicado na revista Nature em 2 de fevereiro. Strano é o autor sênior e o MIT postdoc Yuwen Zeng é o autor principal.
Os pesquisadores pediram duas patentes sobre o processo utilizado para gerar o material.
Eles agora estão estudando como este polímero em particular é capaz de formar folhas 2D, e experimentando a mudança de sua composição molecular para criar outros tipos de materiais novos, de acordo com o artigo na redação do MIT.
A pesquisa foi financiada pelo Center for Enhanced Nanofluidic Transport (CENT), um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia patrocinado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências, e pelo Laboratório de Pesquisa do Exército.
Fonte: Fonte: Plastics Today | New Polymer Twice as Strong as Steel at a Fraction of Its Density