Com o "tempero" adequado, as molas de carbono podem ser controladas por magnetismo.
[Imagem: GAO Huailing]
Aperte um pedaço de carvão é você o verá esfacelar-se totalmente sem que seja necessário aplicar muita força - sua compressibilidade é desprezível.
Assim, é de se imaginar que poucos pensariam em fabricar molas de carbono - molas precisam não apenas ser compressíveis, mas também apresentarem reversibilidade mecânica, voltando ao seu formato e tamanho originais.
Mas isso não fez Huai-Ling Gao e seus colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China desistirem.
Acontece que dar extensibilidade reversível ao carbono pode dar muitos frutos, como a possibilidade de fabricar materiais inteligentes para controle de vibrações, amortecimento de ruídos, sensores de baixo custo, biocompatíveis e biodegradáveis, e muito mais.
Como não dá para construir uma mola de carbono no formato helicoidal tradicional, os pesquisadores foram buscar inspiração na deformação elástica de um arco de atirar flechas, e então desenvolveram uma microestrutura lamelar que lembra múltiplos arcos atuando juntos.
O material resolveu os problemas de fragilidade por compressão e tração dos materiais de carbono, o que fez com que a equipe o batizasse de "mola de carbono" - não é uma mola no formato tradicional, mas funciona exatamente como uma.
As molas de carbono têm tração reversível e deformação compressiva em uma ampla faixa de deformação (de -60% a 80%) e podem se recuperar totalmente. Este comportamento elástico é semelhante ao de uma mola metálica tradicional.
Estrutura lamelar da mola de carbono.
[Imagem: Huai-Ling Gao et al. - https://doi.org/10.1002/adma.202102724]
Sensor de vibração e mola magnética
Para demonstrar a capacidade de suas molas de carbono, os pesquisadores desenvolveram um sensor de tensão que consegue detectar vibrações minúsculas: O limite de detecção de deformação do sensor é de 0,5%, e a frequência máxima de vibração detectada foi de 1.000 Hz.
O sensor de vibração pode responder de forma sensível a uma variedade de padrões complexos de vibração, incluindo vibrações sísmicas simuladas, de baixa frequência.
Além disso, ao incluir nanopartículas de magnetita (Fe3O4) na mola de carbono, os pesquisadores obtiveram uma mola de carbono magnética, que pode ser acionada por um ímã. Com base nesta mola magnética, a equipe criou um novo tipo de sensor de magnetismo, capaz de dar uma resposta estável a um pequeno campo magnético, com o limite de detecção de meros 0,4 mT.
E, como um adicional bem típico do carbono, todos os dispositivos funcionam em uma faixa de temperatura que vai de -100 ºC a 350 ºC.
A equipe agora quer testar a técnica de microestrutura lamelar para fabricar molas de outros materiais.
Artigo: A Highly Compressible and Stretchable Carbon Spring for Smart Vibration and Magnetism Sensors
Autores: Huai-Ling Gao, Ze-Yu Wang, Chen Cui, Jia-Zheng Bao, Yin-Bo Zhu, Jun Xia, Shao-Meng Wen, Heng-An Wu, Shu-Hong Yu