Material endurecedor de choque eletrifica impactos como um traje de super-herói!
Um grupo de investigadores da Universidade da Califórnia, Merced (UC Merced), criou uma substância flexível dotada de “resistência adaptativa”, o que implica que a sua resiliência aumenta em resposta a ser atingida ou estendida.
A substância possui propriedades elétricas e térmicas, apresentando uma perspectiva promissora para sua aplicação em wearables personalizados e sensores médicos específicos de pacientes que requerem miniaturização, mantendo a funcionalidade.
No encontro mais recente da prestigiada American Chemical Society (ACS), que teve lugar no início deste ano, um grupo de investigadores partilhou as suas descobertas e discutiu como o seu material inovador se concretizou. Inspirados por observações feitas enquanto trabalhavam com massas à base de amido, como a massa de milho, estes cientistas procuraram desenvolver uma nova abordagem à ciência dos materiais.
Ao misturar cuidadosamente a solução de amido de milho e água, a Dra. Jessica Wang, uma renomada cientista de materiais e investigadora principal desta pesquisa, observou que a colher se movia sem esforço pela mistura. Porém, quando ela levantou a colher e começou a furar o líquido com um movimento brusco, o utensílio não conseguiu retirar-se da mistura. Este fenómeno era análogo à tentativa de penetrar numa substância rígida, pois a colher parecia incapaz de se retirar do líquido viscoso.
A fim de replicar a resiliência adaptativa exibida pela argila de modelagem, que passa de flexível a rígida com base na quantidade de pressão exercida sobre ela, o grupo de pesquisa do professor Wang procurou desenvolver um material sólido e eletricamente condutor que pudesse demonstrar tal versatilidade de forma semelhante. Para atingir esse objetivo, eles voltaram sua atenção para os polímeros conjugados – compostos alongados, semelhantes a fios, capazes de conduzir eletricidade.
Para atingir este objetivo, Wang e seus colegas embarcaram em um esforço para identificar a mistura ideal de polímeros conjugados que resultaria em uma substância robusta capaz de replicar as respostas dinâmicas das partículas de amido de milho em ambientes aquosos.
cadeias estendidas de poli(ácido 2-acrilamido-2-metilpropanossulfônico), fragmentos concisos de polianilina e um compósito de alta condutividade denominado poli(3,4-etilenodioxitiofeno):poliestirenossulfonato (PEDOT:PSS). Ao aplicar uma fina camada da mistura e posteriormente evaporá-la para criar uma membrana, o grupo examinou as características mecânicas da substância maleável e observou que ela se desviava da fratura sob golpes rápidos, tornando-se distendida ou extensível: quanto mais rápida a colisão, mais maior foi a sua capacidade de flexibilidade e resistência.
A incorporação de uma concentração suplementar de 10% de PEDOT:PSS levou a melhorias tanto na condutividade elétrica quanto na resiliência adaptativa do material.
Os pesquisadores exploraram ainda mais o impacto da incorporação de pequenas moléculas em sua mistura, observando como esses aditivos influenciavam as propriedades dos polímeros resultantes. Eles descobriram que a introdução de nanopartículas carregadas positivamente melhorou a funcionalidade adaptativa do material. O pesquisador de pós-doutorado Di Wu destacou a melhoria significativa na resistência exibida pelo material modificado sob taxas de alongamento elevadas.
No futuro, nosso objetivo será exibir a praticidade dessa inovação, implementando pulseiras duráveis e sensores robustos voltados para trás em designs de smartwatches, que podem suportar desgaste frequente.
As potenciais aplicações deste material estendem-se ao domínio da medicina, onde pode ser incorporado em tecnologias vestíveis, como sensores cardiovasculares ou dispositivos para monitorização dos níveis de açúcar no sangue.
Wu e seu grupo de pesquisa desenvolveram uma iteração tridimensional da substância para impressão, mostrando sua viabilidade como um substituto biônico por meio da fabricação de um modelo de mão humana realista. Dr. Wang expressa entusiasmo pela vasta gama de utilizações possíveis decorrentes desta nova característica, antecipando desenvolvimentos futuros no campo.
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