Pioneiro pela cientista de materiais da Caltech, Julia R. Greer , os "materiais nanoarquitetados" exibem propriedades incomuns e muitas vezes surpreendentes - por exemplo, cera¢micas excepcionalmente leves que retornam a  sua forma original, como uma esponja, depois de compactadas. Essas propriedades podem ser desejáveis ​​para aplicações que variam de sensores ta¡teis ultrassensa­veis a baterias avana§adas, mas atéagora, os engenheiros são conseguiram cria¡-las em quantidades muito limitadas. Para criar um material cuja estrutura éprojetada em uma escala tão pequena, eles geralmente precisam ser montados nano-camada por nano-camada em um processo de impressão 3D que utiliza laser de alta precisão e produtos químicos sintetizados sob encomenda. Esse processo meticuloso limita a quantidade total de material que pode ser construa­do.

Agora, uma equipe de engenheiros da Caltech e da ETH Zurich desenvolveu um material projetado em nanoescala, mas que se monta - sem a necessidade da montagem a laser de precisão. Pela primeira vez, eles foram capazes de criar uma amostra de material nanoarquivado na escala de centa­metros caºbicos.

"Nãoconseguimos imprimir em 3D esse material tão nanoarquivado mesmo em um maªs; em vez disso, podemos cultiva¡-lo em questãode horas", diz Carlos Portela, pesquisador de pa³s-doutorado da Caltech e principal autor de um estudo sobre o novo processo publicado pela revista Proceedings da Academia Nacional de Ciências ( PNAS ) em 2 de mara§o.

Na nanoescala, o material parece uma esponja, mas na verdade éum conjunto de cascas curvas interconectadas. Essa éa chave para as altas proporções de rigidez e força / peso do material: as cascas finas e curvas, como as de um ovo, estãolivres de cantos ou junções, que geralmente são pontos fracos que levam a falhas em outros materiais semelhantes. Isso fornece benefa­cios meca¢nicos exclusivos com o ma­nimo de material realmente usado. Nos testes, uma amostra do material foi capaz de atingir proporções força-densidade compara¡veis ​​a algumas formas de aa§o, enquanto configurações de paredes mais finas exibem danos e recuperação insignificantes após compressão repetida.

"Essa nova rota de fabricação, apoiada na análise experimental e numanãrica que realizamos, nos aproxima um passo da capacidade de produzir materiais nanoarquitetados em uma escala útil, com uma facilidade de fabricação acentuada", diz Greer, Ruben F e Donna Mettler Professora de Ciência dos Materiais, Meca¢nica e Engenharia Manãdica e coautora do artigo da PNAS .

Embora seja mensura¡vel mais resiliente do que praticamente todos os materiais nanoarquitetados com densidades semelhantes sintetizadas pelo grupo Greer, o que torna esses materiais chamados nano-labira­nticos particularmente especiais éque eles se reaºnem. Essa conquista, liderada pelo estudante de graduação da Caltech, Daryl Yee, funciona assim: dois materiais que não se dissolvem um com o outro são misturados, misturando-os para criar um estado desordenado. O aquecimento da mistura polimeriza os materiais para que a geometria atual fique travada no lugar. Um dos dois materiais éentão removido, deixando conchas em nanoescala. O molde poroso resultante ésubsequentemente revestido e, em seguida, o segundo pola­mero éremovido. O que resta éuma rede nano-shell leve.

O processo requer extrema precisão; se aquecida incorretamente, a microestrutura derretera¡ ou entrara¡ em colapso e não levara¡ a conchas interconectadas. Mas, pela primeira vez, a equipe vaª o potencial de ampliar a nanoarquitetura.

"a‰ empolgante ver nossas arquiteturas a³timas em nanoescala projetadas computacionalmente sendo realizadas experimentalmente em laboratório", diz Dennis M. Kochmann, autor correspondente do artigo da PNAS e professor de meca¢nica e materiais na ETH Zurique e associado visitante no setor aeroespacial da Caltech. Sua equipe, incluindo o ex-aluno da Caltech A. Vidyasagar e Sebastian Kra¶del e Tamara Weissenbach da ETH Zurich, previu as propriedades versa¡teis dos materiais nano-labira­nticos atravanãs de teoria e simulações.

Em seguida, a equipe planeja expandir a afinação e a versatilidade do processo, explorando caminhos para controlar cuidadosamente a microestrutura, expandir as opções de material para as nanoconchas e promover a produção de volumes maiores do material.

O artigo éintitulado "Resistaªncia meca¢nica extrema de materiais nano-labira­nticos auto-montados". O financiamento para esta pesquisa veio do Escrita³rio de Pesquisa Naval e da Faculdade de Vannevar Bush.