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Material ultraleve pesa quatro vezes menos que anterior recordista - NANO-ENGENHARIA

O material mais leve do mundo chama-se "aerografite" e um centímetro cúbico deste material pesa apenas 0,2 miligramas, ou seja, 175 vezes menos do que o mesmo volume de esferovite. Acaba de ser apresentado na revistaAdvanced Materials e foi desenvolvido por um grupo de cientistas da Universidade de Kiel e da Universidade de Tecnologia de Hamburgo, na Alemanha.



À escala microscópica, a sua estrutura é uma autêntica teia de tubinhos ocos de carbono, cujas paredes são mil vezes mais finas do que um cabelo humano. E uma das características que o torna tão leve é o facto de esses tubinhos serem porosos, crivados de pequenos buracos, o que reduz a quantidade de carbono que entra na sua composição.


Mas apesar desta quase insustentável leveza, o novo material possui, segundo os seus inventores, uma resistência fora de série, podendo ser comprimido até 95% do seu volume e a seguir esticado para retomar a sua forma inicial sem sofrer danos. Mais: ao contrário do que acontece com outros materiais, o aerografite torna-se mais rígido nestas condições de compressão e tensão. 



A esta invulgar resistência mecânica juntam-se outras propriedades interessantes, como o facto de o aerografite ser flexível, condutor da electricidade e capaz de absorver quase totalmente a luz que incide sobre ele, sendo por isso do "negro mais negro que há", como explica em comunicado da Universidade de Kiel um dos autores do trabalho, Karl Schulte. 



Até aqui, o recordista dos "pesos-pluma" dos materiais era um composto à base de níquel que fora apresentado, em finais de 2011, pela equipa de Tobias Schaedler, da empresa californiana HRL, na revista Science. Agora, esse recorde foi largamente batido: não só os átomos de carbono têm uma massa atómica menor do que o níquel, como a porosidade dos microtubos de carbono acentua ainda mais a diferença de peso. Resultado: o aerografite é umas quatro vezes mais leve do que anterior detentor do título. 



O processo que permitiu fabricar o aerografite também tem o seu quê de elegante. Primeiro, os cientistas aqueceram, até 900 graus Celsius, um pó de óxido de zinco, transformando-o num cristal. A partir de aí, fabricaram uma espécie de pastilha onde o óxido de zinco cristalino formou diminutas estruturas, chamadas tetrápodes - em tudo semelhantes, a não ser na escala, aos tetrápodes de betão, aquelas estruturas com quatro "pés" utilizadas nas obras de engenharia costeira para dissipar a energia das ondas. O entrelaçamento dos microtetrápodes deu origem a uma matriz estável de base para fabricar o aerografite.



A revolução dos materiais



"Imaginem que o aerografite é uma planta trepadeira que se enrola à volta de uma árvore", frisa Rainer Abelung, um outro elemento da equipa, no mesmo comunicado. "E a seguir, retirem o tronco." O "tronco" é, neste caso, a estrutura tridimensional formada pelos tetrápodes de óxido de zinco. Diga-se de passagem que a técnica de fabrico do material à base de níquel apresentado no ano passado nos EUA também fazia apelo à utilização de uma matriz que a seguir era retirada - ou "sacrificada", como dizem os especialistas. O conceito que ambas as equipas de cientistas utilizaram no fabrico dos seus materiais está aliás à vista de todos, como fazia notar em entrevista à BBC William Carter, director da HRL, na altura da apresentação do material à base de níquel: "Edifícios modernos como a Torre Eiffel ou a Ponte Golden Gate são incrivelmente leves e eficientes em termos de peso, devido à sua arquitectura. Estamos a revolucionar os materiais ultraleves, levando esse conceito para as escalas micro e nano", rematara.



Voltando ao aerografite, no passo seguinte, os cientistas alemães introduziram a pastilha de óxido de zinco num reactor, dito de deposição em fase de vapor e aquecido a 760 graus Celsius, onde fizeram circular um gás de carbono. "Exposto a uma atmosfera enriquecida em carbono, o óxido de zinco vai ficando revestido de uma camada de grafite com uma espessura de apenas alguns átomos", salienta Karl Schulte. "É isso que forma a teia emaranhada que constitui a estrutura tridimensional do aerografite."



Ao mesmo tempo, para ir desintegrando a matriz de óxido de zinco, é introduzido no reactor um fluxo de hidrogénio que, ao ligar-se quimicamente ao oxigénio da matriz, resulta na emissão de vapor de água e de gás de zinco." O que resta é a teia de tubinhos de carbono", conclui Schulte. E quanto mais rápida for a extracção do zinco, maior o número de poros na parede dos tubos - e maior a leveza do material, salienta Matthias Mecklenburg, um outro co-autor. Isto permite, aliás, ao alterar a forma da matriz e o processo de separação final, jogar com as características do material obtido.


Os cientistas já vislumbram diversas aplicações para o aerografite. Por exemplo, para reduzir substancialmente o peso das baterias de iões de lítio utilizadas na indústria micro-electrónica. Também especulam que possa ser utilizado para tornar condutores materiais que não o são naturalmente, acabando assim com os problemas de electricidade estática sem acrescento de peso (era bom não apanhar choques quando mexemos em materiais sintéticos...). Outra aplicação seria na purificação da água, para "apanhar" poluentes renitentes - ou na purificação do ar nos sistemas de ventilação.

NANO-ENGENHARIA