NANOCOMPÓSITOS – MATERIAIS AVANÇADOS

Pesquisas envolvendo a combinação entre diferentes tipos de materiais têm sido utilizadas nas últimas décadas para produzir compósitos de alta performance, com propriedades especiais não existentes nos materiais de origem. Essa linha de pesquisa tem como principal objetivo fazer uso de propriedades intrínsecas ligadas à estrutura básica dos materiais envolvidos, tais como ligações químicas primárias e arranjo atômico.

Estes cristais 2D podem ser montados em heteroestruturas 3D que não existem na natureza e apresentam propriedades físicas únicas devido à baixa dimensionalidade e a uma estrutura cristalina especial. Fonte: Universidade de Manchester
 

Deste modo, é possível realizar, por exemplo, associação entre a elevada elasticidade e resistência mecânica de fibras cerâmicas com a tenacidade, baixa densidade e facilidade de processamento de polímeros. Tais compósitos são muito utilizados nas indústrias automotiva e aeroespacial.

Compósitos na indústria automotiva e aeroespacial

Um grande entrave da aplicação dos compósitos é a dimensão das fases envolvidas. Daí veio a necessidade do desenvolvimento do conceito de nanocompósitos, onde pelo menos um de seus componentes apresentam dimensões nanométricas. Em menores escalas, percebe-se a melhora nas propriedades do material, uma vez que as interações na interface entre matriz/reforço tendem a aumentam, aumentando por consequência as propriedades do material.

As principais características que diferenciam os nanocompósitos dos demais compósitos são a capacidade de reforço de matrizes poliméricas superior aos reforços tradicionais (partículas e fibras), como também a presença de uma interface difusa entre as fases orgânica e inorgânica; possibilitando o seu uso em fabricação de recobrimentos, fibras, etc.

Materiais baseados na inserção de argilominerais em matrizes poliméricas, por exemplo, podem gerar materiais com elevadas propriedades mecânicas, de barreira, elevadas propriedades térmicas e baixo custo, entre outras. Durante o processamento dos nanocompósitos, há a inserção de cadeias poliméricas entre a estrutura lamelar dos argilominerais.

Esquematização de compósitos de argilominerais em matrizes poliméricas

A obtenção dos nanocompósitos pode ser realizada de diferentes modos:

  • associação de polímeros dissolvidos em rede inorgânica preparada pela policondensação de alcóxidos metálicos;
  • associação de polímeros ou copolímeros funcionalizados com alcoxissilanos e a rede inorgânica;
  • precipitação de nanopartículas em um gel polimérico;
  • impregnação de matrizes inorgânicas com monômeros ou oligômeros;
  • polimerização simultânea de alcóxidos e monômeros; entre outras.

A classificação desses materiais pode ser realizada de acordo com sua matriz, sendo nanocompósitos de matriz metálica, matriz cerâmica ou matriz polimérica.

Aplicações

Existe diversas possibilidades de aplicação dos nanocompósitos. Os materiais poliméricos e cimentícios avançados podem ser utilizados no setor de petróleo, gás e mineração, por exemplo, para exploração e produção em águas profundas e mineração. No setor de energias renováveis, é possível melhor da resistência das pás eólicas com nanocompósitos para o aumento da eficiência energética, ou ainda na construção de painéis de energia solar.

Painel solar converter a luz emitida pelo Sol em energia elétrica. Foto: Pixabay

Já no setor automotivo são produzidos materiais com resistência à chama e capacidade de dissipar cargas e propriedades mecânicas superiores. Motores elétricos mais eficientes e mais leves, pesando até 2,5 kg, podem se tornar realidade com a utilização de materiais magnéticos macios (ímãs produzidos pela síntese de nanomateriais compósitos amorfos). Esse nanocompósito é uma alternativa aos aços à base de silício, comuns na maioria dos motores elétricos, sendo possível diminuir o tamanho do motor para uma dada potência, ou ainda obter maior potência com um motor do mesmo tamanho.

Os nanocompósitos metálicos amorfos. Imagem: Michael McHenry Lab/CMU]

Já as aplicações dos nanocompósito de plástico com grafeno variam de equipamentos esportivos com resistência a abrasão, filamentos para impressão 3D até a suportes para cultura de células.

Os nanocompósitos também podem ser incorporados no desenvolvimento de músculos artificiais. Materiais com memória de forma já são amplamente usados em músculos artificiais e materiais inteligentes, onde os materiais são torcidos para armazenar energia, que pode ser liberada sob demanda após uma pequena mudança de temperatura.

Fibras de músculos artificiais. Imagem: Yuan et al. – 10.1126/science.aaw3722

As pesquisas envolvendo os nanocompósitos, são atuais e tem ganhado cada vez mais notoriedade e investimento, possibilitando a sua utilização nos mais diversos setores produtivos, do automóvel à medicina, da produção de energia à recuperação de áreas degradas. É a reinvenção dos materiais, uma grande área a ser desvendada.

REFERÊNCIAS

Nanocompósitos 

Nanomaterial Trends 2015: Nanocomposites and High Strength Nanomaterials 

A ciência invisível contra desastres ambientais 

Brasileiros ajudam grafeno a sair dos laboratórios rumo às fábricas

Músculos artificiais: Três avanços bem enrolados 

Ímãs macios prometem revolucionar motores elétricos