Este estranho material é duro e elástico ao mesmo tempo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/09/2023

Amostra do material elástico-cerâmico-plástico.
[Imagem: Weifeng Fang et al. - 10.1038/s41586-023-06117-1]

Resistente como cerâmica, moldável como plástico

Um novo material híbrido mescla em uma única substância múltiplas propriedades totalmente incongruentes entre si: Ele possui simultaneamente a dureza e a resistência de uma cerâmica, a elasticidade deformável da borracha e a remoldabilidade de um plástico.

"Essa combinação de propriedades em um único material é tão única que seus usos potenciais são limitados apenas pela nossa imaginação", disse o professor Zhaoming Liu, da Universidade Zhejiang, na China.

Tradicionalmente, os polímeros orgânicos macios e elásticos geram materiais com propriedades elásticas e plásticas, enquanto os materiais inorgânicos têm maior probabilidade de formar cerâmicas duras.

Inúmeras tentativas foram feitas para combinar compostos orgânicos e inorgânicos em materiais híbridos, mas todos tropeçaram em suas naturezas químicas contrastantes.

Os compostos inorgânicos são normalmente mantidos juntos por ligações iônicas, raramente existindo em formas moleculares puras. Em vez disso, eles tendem a formar cristais sólidos ou a dissociar-se numa solução de íons livres em água, como o sal de cozinha. Já os compostos orgânicos são tipicamente mantidos juntos por ligações covalentes, e existem facilmente em formas moleculares. Essa diferença torna um desafio combinar compostos orgânicos e inorgânicos em escala molecular.

A equipe encontrou uma maneira de contornar esse problema: "Descobrimos que podemos usar pequenas moléculas orgânicas como 'agentes de proteção' para estabilizar o carbonato de cálcio, um composto iônico inorgânico, na forma molecular," contou Liu.

É a primeira vez que se consegue juntar propriedades tão incongruentes em um único material.
[Imagem: Weifeng Fang et al. - 10.1038/s41586-023-06117-1]

Elástico-cerâmico-plástico

Os pesquisadores então usaram essa abordagem para sintetizar uma nova molécula híbrida orgânico-inorgânica, usando uma reação ácido-base para conectar os oligômeros de carbonato de cálcio a uma molécula orgânica, o ácido tióctico.

Quando estas moléculas foram processadas sob pressão a 120 °C, as partes orgânicas e inorgânicas da molécula reagiram com as moléculas vizinhas, reticulando-se para formar um sólido com regiões orgânicas e regiões inorgânicas altamente integradas.

"O material híbrido é muito duro, parecido com a cerâmica," contou Liu. "Mas, quando fizemos nele um entalhe e depois retraímos a ponta, o material recuou, recuperando sua forma, como uma borracha."

E a dureza e a elasticidade não são as únicas propriedades paradoxais do material híbrido. A equipe descobriu que, sob alta temperatura e pressão, ele pode ser remodelado, o que significa que pode ser reciclado para um novo uso. "Chamamos o material de ‘elástico-cerâmico-plástico’, porque ele combina todas as três características," disse Liu.

Para imaginar as primeiras aplicações, basta pensar em qualquer coisa que quebre ao cair ou sofrer um impacto, como a tela de um celular. Mas os implantes médicos também são candidatos naturais, devido à capacidade do material de absorver impactos. Mas o próprio processo de fabricação, fundindo as químicas orgânica e inorgânica em nível molecular, representa um potencial revolucionário, que poderá gerar muitos outros materiais com propriedades inusitadas.

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