Super geleia macia e flexível suporta o peso do elefante

Materiais avançados

Escrevendo uma página para inovações tecnológicas – 12.03.2021

Sua aparência e textura são as mesmas da gelatina – mas não vale a pena pisar nela, ela não se desfará.
[Imagem: Zehuan Huang et al. – 10.1038/s41563-021-01124-x]

Hidrogel resistente à compressão

Os pesquisadores criaram um material parecido com a gelatina que, apesar de ser 80% água, pode suportar o peso de um elefante sem se desfazer.

O material, macio e flexível, mas extremamente resistente, é o hidrogel, tipo de material muito utilizado porque pode se autorreparar quando cortado ou danificado.

Mas ninguém ainda conseguiu produzir um hidrogel resistente à compressão, uma força que os reduz a uma poça d’água.

“Para fazer materiais com as propriedades mecânicas que desejamos, usamos ligações cruzadas, onde duas moléculas são unidas por uma ligação química”, disse o professor Zehuan Huang, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. “Usamos reticuladores reversíveis para fazer hidrogéis macios e elásticos, mas criar um hidrogel duro e compressível é difícil, e projetar materiais com essas propriedades é totalmente contra-intuitivo.”

Raposas moleculares

A solução foi encontrada em uma substância com moléculas em forma de barril conhecidas como cucurbiturilos.

Cucurbituril é uma molécula reticulada que contém duas moléculas convidadas em sua cavidade – como uma raposa molecular. Os pesquisadores projetaram moléculas auxiliares que preferem permanecer dentro da cavidade por mais tempo do que o normal, o que mantém a rede de polímero firmemente presa, permitindo que ela resista à compressão.

A equipe não conseguiu um elefante para os testes, mas avaliou o material passando o carro por cima dele várias vezes ou mantendo o carro em repouso com os pneus sobre o hidrogel. Ao final do teste, o material estava intacto.

“Com 80% de conteúdo de água, você pensaria que ele explodiria como um balão d’água, mas não é: ele permanece intacto e suporta enormes forças de compressão”, disse o professor Oren Scherman. “As propriedades dos hidrogéis estão claramente em conflito entre si.”

A resistência à compressão do material pode ser controlada simplesmente alterando a estrutura química da molécula hospedeira dentro do manguito. Ao realizar esse tipo de ajuste, a equipe mudou o desempenho mecânico do hidrogel final de um estado semelhante a borracha para vidro.

“As pessoas passaram anos fazendo hidrogéis semelhantes a borracha, mas isso é apenas metade do quadro”, disse Scherman. “Nós revisitamos a física tradicional dos polímeros e criamos uma nova classe de materiais que abrangem uma gama completa de propriedades dos materiais, da borracha ao vidro, criando uma imagem completa.”

Super gelatinoso macio e flexível

O carro passou várias vezes por cima do material, passou por cima e ficou intacto.
[Imagem: University of Cambridge]

Sensores, robótica e medicina

Esta supergele pode ser usada para uma ampla gama de aplicações, incluindo robótica leve, bioeletrônica ou mesmo como um substituto para cartilagem para uso biomédico.

Por enquanto, a equipe o usou para fazer sensores de pressão para rastrear os movimentos humanos em tempo real, incluindo ficar de pé, andar e pular.

“Pelo que sabemos, esta é a primeira vez que os hidrogéis de vidro são feitos. Não apenas estamos escrevendo algo novo nos livros didáticos, o que é realmente empolgante, mas estamos abrindo um novo capítulo no campo do alto desempenho materiais macios “, concluiu. Huang.

Bibliografia:

Artigo: Redes altamente compressíveis de polímeros supramoleculares semelhantes ao vidro
Autores: Zehuan Huang, Xiaoyi Chen, Stephen JK ONeill, Guanglu Wu, Daniel J. Whitaker, Jiaxuan Li, Jade A. McCune, Oren A. Scherman
Revista: materiais naturais
DOI: 10.1038 / s41563-021-01124-x

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