Material nanoarquitetado, projetado para absorver impactos.
[Imagem: Carlos Portela et al - 10.1038/s41563-021-01033-z]
Materiais anti-impacto
"A mesma quantidade de massa do nosso material seria muito mais eficiente para parar um projétil do que a mesma quantidade de massa de Kevlar," disse Carlos Portela, do MIT.
Os chamados materiais nanoarquitetados - ou nanoengenheirados - consistem em estruturas padronizadas, em escala nanométrica, montadas para formar estruturas similares às usadas em pontes e vigamentos de telhados.
Mas esse potencial só agora começa a ser testado na prática. "Nós só sabemos sobre sua resposta [aos impactos] em um regime de deformação lenta, enquanto muitos de seus usos práticos estão sendo pensados para aplicações do mundo real, onde nada se deforma lentamente," disse Portela.
Para fazer esses testes, Portela optou por replicar uma estrutura, conhecida como tetrakaidecaedro, já usada em espumas de absorção de choques, mas fabricando-a com carbono, para tentar dar flexibilidade ao material, que normalmente é rígido. "Embora o carbono seja normalmente frágil, o arranjo e os pequenos tamanhos das vigas no material nanoarquitetado dão origem a uma arquitetura elástica e dominada por dobras."
Usando uma câmera de alta velocidade, os pesquisadores capturaram vídeos das micropartículas durante impacto com o material nanoarquitetado.
Portela testou seu material disparando contra ele microprojéteis, partículas de silício com 14 micrômetros de diâmetro, em velocidades de 1.100 metros por segundo - a velocidade do som é de aproximadamente 340 metros por segundo.
"Mostramos que o material pode absorver muita energia por causa desse mecanismo de compactação de choque das vigas em nanoescala, em comparação com algo que é totalmente denso e monolítico, não nanoarquitetado," disse Portela.
A equipe planeja a seguir explorar outras configurações nanoestruturadas, bem como outros materiais além do carbono, e maneiras de ampliar sua produção - tudo com o objetivo de projetar materiais de proteção mais resistentes e leves.
Artigo: Supersonic impact resilience of nanoarchitected carbon
Autores: Carlos M. Portela, Bryce W. Edwards, David Veysset, Yuchen Sun, Keith A. Nelson, Dennis M. Kochmann, Julia R. Greer