Material feito de carbono consegue ser mais leve e resistente que o Kevlar

Engenheiros do MIT e do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), ambos nos EUA, fabricaram um novo material ultraleve em nanoescala feito com escoras de carbono. A substância é mais resistente que o aço e o Kevlar, elemento geralmente usado em blindagens e coletes à prova de balas.

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Os primeiros testes mostram que o material, que é mais fino do que a largura de um fio de cabelo humano, consegue absorver impactos sem deformar ou rasgar. Para provar essa resistência, a equipe disparou micropartículas em velocidades supersônicas entre 40 e 1.100 metros por segundo.

“Isso prova que a mesma quantidade de massa de nosso material seria muito mais eficiente para parar um projétil de chumbo do que a mesma quantidade de massa de Kevlar”, diz o professor assistente de engenharia mecânica do MIT, Carlos Portela, autor principal do estudo.

Força e leveza

Para chegar a esse material, os pesquisadores utilizaram uma resina fotossensível tratada com lasers para formar uma estrutura em padrão de rede. Depois eles colocaram a peça em uma câmara de vácuo de alta temperatura para converter o polímero em um carbono ultraleve, parecido com espumas especiais usadas para absorver impactos.

Os cientistas também perceberam que era possível alterar as propriedades do material ajustando sua arquitetura com diferentes arranjos entre as escoras de carbono. Com essa descoberta, será possível fabricar armaduras, revestimentos de proteção e escudos antibombas muito mais leves e resistentes.

“Embora o carbono seja normalmente frágil, esse arranjo peculiar e os pequenos tamanhos das escoras no nosso material nanoarquitetado dá origem a uma estrutura incrivelmente elástica e cheia de dobras, capazes de absorver ondas de choque em amplitudes muito maiores”, explica o professor Portela.

Teste de fogo

Nos experimentos feitos em laboratório, os pesquisadores usaram uma lâmina de vidro revestida com um filme de ouro e partículas de óxido de silício em um dos lados. Um laser com potência milimetricamente ajustada foi irradiado sobre a lâmina para induzir as nanopartículas em direção ao alvo.

Em velocidade supersônica, as partículas com 14 mícrons de largura atingiram o material nanoarquitetado com duas densidades diferentes. Um menos denso, com escoras ligeiramente mais finas e outro mais compactado, com escoras aglomeradas e dobras mais resistentes.

Ao comparar os resultados do teste de impacto, os cientistas perceberam que o mais denso era também mais robusto e as micropartículas tendiam a se incorporar ao material em vez de rasgá-lo diretamente, dissipando uma quantidade muito maior de energia de uma maneira superior a qualquer outro composto.

"Nós mostramos que o material pode absorver muita energia por causa desse mecanismo de compactação de choque das escoras em nanoescala, em comparação com algo que é totalmente denso, monolítico e não nanoarquitetado, como chapas de aço e alumínio ou placas de Kevlar", conclui o professor Portela.

No futuro, essa estrutura pode ser utilizada para aumentar a resiliência ao impacto de outros materiais nanoarquitetados. A ideia é encontrar elementos além do carbono para projetar equipamentos de proteção mais resistentes, compactos e leves, que possam ser usados em aplicações de segurança ou missões espaciais.

Fonte: MIT