Penas de pássaro inspiram material para baterias e filtros

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/12/2023

A microestrutura de uma pena (B) do pássaro azul oriental (Sialia sialis) (A) e à direita a mesma estrutura feita em laboratório (D).
[Imagem: Carla Fernández-Rico et al. - 10.1038/s41563-023-01703-0]

Cor estrutural

Pesquisadores suíços estavam tentar imitar a cor estrutural, ou cor física, das penas de um pássaro e acabaram criando um material que poderá ajudar a melhorar as baterias e os sistemas de filtragem de água e outros líquidos.

O pássaro azul oriental (Sialia sialis) é conhecido pela cor azul profunda de suas penas, uma cor que não é produzida por pigmentos, mas por estruturas especiais, uma rede de canais com diâmetros de apenas algumas centenas de nanômetros que refletem a cor de modo a produzir o brilho inigualável.

Carla Rico e seus colegas do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça (ETH) estavam tentando replicar essas nanoestruturas em laboratório com o objetivo de recriar o azul. Eles não tiveram um sucesso total ainda, mas o sucesso parcial que conseguiram já pagou o esforço da pesquisa.

Usando uma borracha de silicone transparente como material de partida, Rico colocou este material que pode ser esticado e deformado em uma solução oleosa, deixando-o inchar durante vários dias em um forno a 60 ºC. A mistura foi então resfriada e a borracha foi retirada da solução oleosa.

Esse processo alterou a nanoestrutura da borracha, criando uma rede de estruturas semelhante àquelas que dão à pena do pássaro azul sua cor azul. A principal diferença é a espessura dos canais formados: As nanoestruturas da pena da ave medem aproximadamente 200 nanômetros, enquanto o material sintético só chegou aos 800 nanômetros.

Um pedaço de polímero é colocado em uma solução oleosa e aquecido, o que faz com que as duas substâncias se misturem e formem uma rede. Se o material for posteriormente resfriado até a temperatura ambiente, é possível identificar a rede criada pela separação de fases.
[Imagem: Carla Fernández-Rico et al. - 10.1038/s41563-023-01703-0]

Baterias e filtros

Mas isto já foi o suficiente para abrir possibilidades de aplicações técnicas e sustentáveis para o novo material. As beneficiadas mais diretas podem ser as baterias. Os íons nas baterias normalmente se movem entre os eletrodos através de um líquido chamado eletrólito. Um dos principais motivos pelos quais as baterias perdem a capacidade de carga com o tempo, ou até mesmo falham, é porque os íons reagem com o eletrólito líquido, o que faz com que os dois eletrodos estabeleçam contato físico e danifiquem a bateria.

Os eletrólitos líquidos poderiam ser substituídos por eletrólitos sólidos com uma estrutura de rede de canais interligados, como estes produzidos agora, evitando o contato físico entre os eletrodos sem perder a eficiência do transporte de íons pela bateria.

Filtros de água podem ser outra aplicação, já que os filtros podem ser melhorados otimizando as propriedades de transporte através dos canais interligados e de grandes áreas de superfície. A relação entre superfície e volume é enorme no caso de estruturas semelhantes a canais, permitindo a remoção eficiente de contaminantes da água, como bactérias ou outras partículas.

"No entanto, o produto ainda está longe de estar pronto para o mercado," disse Rico. "Embora o material emborrachado seja barato e fácil de obter, a fase oleosa é bastante cara. Um par de materiais mais barato será necessário aqui."

Mais tópicos