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  • 11 de março, 2020

    Tecnologia verde captura eletricidade diretamente do ar

    Tecnologia verde gera eletricidade diretamente do arNanofios produzidos por uma bactéria geram eletricidade quando entram em contato com a umidade naturalmente presente no ar.
    [Imagem: UMass Amherst/Jun Yao/Lovley labs]

     

    Eletricidade retirada do ar

     

    A ideia de coletar eletricidade diretamente do ar tem várias vertentes, desde o trabalho seminal do professor Fernando Galembeck, da Unicamp, que usou nanopartículas semicondutoras, até a coleta de ondas eletromagnéticas do ambiente, quaisquer que sejam suas origens.

     

    Xiaomeng Liu e seus colegas da Universidade de Massachusetts, nos EUA, apresentaram agora uma nova abordagem.

     

    Nanofios recobertos por proteínas eletricamente condutoras, produzidas pela bactéria Geobacter sulfurreducens , em contato com a umidade naturalmente presente no ar, geram eletricidade diretamente, no que a equipe chama de Air-gen, ou “gerador de eletricidade do ar”.

     

    O nanogerador requer apenas uma fina película de nanofios recobertos de proteínas, com menos de 10 micrômetros de espessura. A parte inferior do filme é depositada sobre um eletrodo, enquanto um eletrodo menor, que cobre apenas uma parte do filme de nanofios, fica no topo.

     

    O filme adsorve o vapor de água da atmosfera, e uma combinação de condutividade elétrica e química superficial dos nanofios de proteínas, acopladas por meio dos minúsculos poros entre os nanofios dentro do filme, estabelecem as condições que geram uma corrente elétrica entre os dois eletrodos.

     

    Isso torna a tecnologia “verde”, dispensando quaisquer compostos químicos ou metálicos tipicamente presentes nas baterias.

     

    Micrografia dos nanofios bacterianos e esquema do nanogerador.
    [Imagem: Xiaomeng Liu et al. – 10.1038/s41586-020-2010-9]

     

    Gerador de eletricidade do ar

     

    A eletricidade gerada alcança 0,7 V, com uma densidade de corrente de cerca de 17 microamperes por centímetro quadrado de um filme de 7 micrômetros de espessura. Com a grande vantagem de que, ao contrário dos geradores triboelétricos, o suprimento de energia é constante.

     

    Isso torna o dispositivo capaz de alimentar sensores e pequenos circuitos eletrônicos, como os da internet das coisas, o que coloca o Air-gen na categoria dos nanogeradores.

     

    E a equipe já está pensando em transformar o protótipo de demonstração em um produto comercial. Para isso, eles planejam transformá-lo em um adesivo que possa ser usado para suprir energia para monitores de saúde e relógios inteligentes, eliminando a necessidade de baterias.

     

    “O objetivo final é criar sistemas em larga escala. Por exemplo, a tecnologia pode ser incorporada à tinta de parede para ajudar a alimentar sua casa. Ou podemos desenvolver geradores a ar autônomos que forneçam eletricidade sem conexão à rede. Quando atingirmos a produção dos fios em escala industrial, eu realmente espero que possamos fazer grandes sistemas que darão uma grande contribuição à produção sustentável de energia,” disse o professor Jun Yao.

     

    Bibliografia:

     

    Redação do Site Inovação Tecnológica – 21/02/2020

     

    Artigo: Power generation from ambient humidity using protein nanowires
    Autores: Xiaomeng Liu, Hongyan Gao, Joy E. Ward, Xiaorong Liu, Bing Yin, Tianda Fu, Jianhan Chen, Derek R. Lovley, Jun Yao
    Revista: Nature
    DOI: 10.1038/s41586-020-2010-9

  • 11 de março, 2020

    Células solares de pontos quânticos batem recorde de eficiência

    Células solares de pontos quânticos batem recorde de eficiência

    Estrutura da célula solar recordista: os pontos quânticos são ilustrados como cubos vermelhos.
    [Imagem: Mengmeng Hao et al. – 10.1038/s41560-019-0535-7]

     

    De píxel a célula solar

    Os pontos quânticos tornaram-se píxeis nas telas mais modernas porque essas partículas semicondutoras recebem a eletricidade e a transformam em luz com grande eficiência.

     

    Mas essas nanoestruturas também podem funcionar invertidas, pegando a luz e transformando-a em eletricidade, o que tem levado a um grande interesse em usá-las como células solares.

     

    E parece que essa nova tecnologia poderá se tornar um produto comercial no campo da energia solar antes do que se esperava.

     

    Mengmeng Hao e colegas da Universidade de Queensland, na Austrália, estabeleceram um novo recorde de eficiência para as células solares de pontos quânticos, alcançando uma eficiência de 16,4% – muito próximo dos 20% tipicamente obtidos pelas células solares tradicionais de silício.

     

    “A melhoria de quase 25% em eficiência que alcançamos em relação ao recorde mundial anterior é importante. É efetivamente a diferença entre a tecnologia de células solares de pontos quânticos ser uma ‘perspectiva entusiasmante’ e ser comercialmente viável,” disse o professor Lianzhou Wang.

     

    Células solares de pontos quânticos batem recorde de eficiência

    Outra grande vantagem da tecnologia é que os painéis solares de pontos quânticos poderão ser fabricados pela mesma técnica usada para imprimir jornais e revistas.
    [Imagem: Mengmeng Hao et al. – 10.1038/s41560-019-0535-7]

     

    Painéis solares flexíveis

     

    A otimização das células solares de pontos quânticos foi alcançada com o desenvolvimento de uma estratégia envolvendo a engenharia de superfície.

     

    A superfície dos pontos quânticos tende a ser áspera e instável, o que os torna menos eficientes na conversão de energia solar em corrente elétrica. A equipe solucionou isto com uma química de troca de cátions baseada no ácido oleico.

     

    É importante lembrar que os pontos quânticos, embora sejam nanopartículas sólidas, são contidos em soluções líquidas, o que permite sua aplicação na forma de tintas.

     

    Para o campo da energia solar isso é particularmente interessante porque permite fabricar painéis solares por um sistema de impressão – de alto rendimento e baixo custo – e ainda sobre substratos flexíveis – que podem ser aplicados sobre superfícies irregulares, e não apenas na forma de grandes placas colocadas sobre os telhados.

     

    “Isso abre uma enorme variedade de aplicações em potencial, incluindo a possibilidade de usá-los como uma capa transparente para alimentar carros, aviões, residências e tecnologia de vestir. Eventualmente, poderia ter um papel importante no cumprimento da meta das Nações Unidas de aumentar a participação de energia renovável no mix global de energia,” disse o professor Wang.

     

     

    Bibliografia:

    Redação do Site Inovação Tecnológica – 05/03/2020

     

    Artigo: Ligand-assisted cation-exchange engineering for high-efficiency colloidal Cs1?xFAxPbI3 quantum dot solar cells with reduced phase segregation

    Autores: Mengmeng Hao, Yang Bai, Stefan Zeiske, Long Ren, Junxian Liu, Yongbo Yuan, Nasim Zarrabi, Ningyan Cheng, Mehri Ghasemi, Peng Chen, Miaoqiang Lyu, Dongxu He, Jung-Ho Yun, Yi Du, Yun Wang, Shanshan Ding, Ardalan Armin, Paul Meredith, Gang Liu, Hui-Ming Cheng, Lianzhou Wang
    Revista: Nature Energy
    Vol.: 5, pages 79-88
    DOI: 10.1038/s41560-019-0535-7

  • 10 de março, 2020

    Substituir petróleo por madeira pode ser lucrativo econômica e ambientalmente

    Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/03/2020

    Substituir petróleo por madeira pode ser lucrativo econômica e ambientalmente
    Reator químico desenvolvido pela equipe para dividir a madeira em polpa de madeira e óleo de lignina.


    [Imagem: KU Leuven]

     

    Madeira como matéria-prima química

     

    Uma equipe interdisciplinar de bioengenheiros e economistas da Universidade de Leuven, na Bélgica, traçou um roteiro mostrando como a madeira poderia substituir o petróleo na indústria química.

     

    Eles analisaram não apenas os requisitos tecnológicos, mas também se esse cenário seria financeiramente viável e como ele impactaria o meio ambiente.

     

    Atualmente, o petróleo é mais barato do que a madeira. Assim, nossos plásticos, agentes de limpeza e materiais de construção são tipicamente feitos de componentes químicos derivados do petróleo.

     

    Mas não há entraves técnicos para usar a madeira para produzir matérias-primas químicas necessárias para uma infinidade de produtos. De fato, Yuhe Liao e seus colegas fizeram os cálculos mostrando que pode ser financeiramente viável construir e manter uma biorrefinaria que converte madeira em blocos de construção químicos.

     

    “O que há de tão especial neste estudo é que calculamos a viabilidade econômica de uma troca do petróleo pela madeira,” reforçou o professor Bert Sels, coordenador da equipe.

     

    Com um manejo florestal adequado, a madeira pode ser extraída de forma sustentável. “Além disso, como resultado do encolhimento da indústria de papel, atualmente existe um excedente de madeira na Europa,” acrescentou Sels.

     

    Também o custo ambiental do uso de madeira seria menor do que o uso de petróleo na indústria química, uma vez que os compostos feitos de madeira geram menos emissões de CO2. Além disso, produtos feitos com derivados de madeira podem armazenar CO2, assim como as árvores. “Como resultado, seria possível armazenar carbono do CO2 em plásticos – de preferência recicláveis,” disse Sels.

     

    Madeira funcionalizada promete substituir plásticos

    Substituir petróleo por madeira pode ser lucrativo econômica e ambientalmente
    Esquema do processo de uso da madeira para fabricação de compostos químicos básicos para várias indústrias.

    [Imagem: Yuhe Liao et al. – 10.1126/science.aau1567]
    Indústria química baseada na madeira

     

    Para extrair compostos químicos da madeira, a equipe construiu um biorreator no qual ela é primeiro dividida em uma pasta sólida de papel e um óleo líquido de lignina. A polpa pode ser usada para produzir biocombustíveis de segunda geração ou isolantes naturais, enquanto o óleo de lignina, assim como o petróleo, pode ser processado ainda mais para fabricar compostos químicos básicos, como fenol, propileno e componentes para criar tintas.

     

    A lignina também pode ser usada para fazer compostos alternativos para plásticos. Os compostos químicos à base de lignina são menos prejudiciais aos seres humanos, em comparação com os feitos de petróleo.

     

    “Na indústria de papel, a lignina é vista como um produto residual e geralmente é queimada. É uma pena porque, assim como o petróleo, ela pode ter muitos usos de alta qualidade se puder ser adequadamente separada da madeira e usada para extrair os blocos químicos adequados,” disse Sels.

    Para criar um cenário realista, os pesquisadores uniram forças com uma empresa de tinta belgo-japonesa porque vários compostos de lignina podem ser usados para fabricar tintas. Os cálculos indicam que uma planta química que utilize madeira como matéria-prima pode ser rentável em poucos anos.

     

    Para demonstrar ainda mais a aplicação prática de suas pesquisas, a equipe agora está ampliando o processo de produção dos seus biorreatores. A primeira fase de testes já começou, mas o objetivo é instalar uma biorrefinaria de madeira na Bélgica. Enquanto isso, os pesquisadores estão conversando com vários parceiros de negócios que podem processar a polpa de celulose e o óleo de lignina em uma variedade de produtos.

     

    Madeira gera eletricidade a partir do calor – sem queimar
    Bibliografia:

     

    Artigo: A sustainable wood biorefinery for low-carbon footprint chemicals production
    Autores: Yuhe Liao, Steven-Friso Koelewijn, Gil Van den Bossche, Joost Van Aelst, Sander Van den Bosch, Tom Renders, Kranti Navare, Thomas Nicolaï, Korneel Van Aelst, Maarten Maesen, Hironori Matsushima, Johan Thevelein, Karel Van Acker, Bert Lagrain, Danny Verboekend, Bert F. Sels
    Revista: Science
    Vol.: eaau1567
    DOI: 10.1126/science.aau1567

  • 20 de setembro, 2019

    Novas formas de carbono podem ser mais duras que diamante

    Novas formas de carbono podem ser mais duras que diamante

    Dentre as 43 estruturas de carbono superduras previstas, estas são algumas das mais promissoras. As gaiolas coloridas em azul estão estruturalmente relacionadas ao diamante, e as gaiolas coloridas em amarelo e verde estão estruturalmente relacionadas à lonsdaleíta. [Imagem: Patrick Avery et al. – 10.1038/s41524-019-0226-8]

     

    Mais duro que diamante
     

    O carbono, o elemento no qual se baseia toda a vida na Terra, parece ter mais segredos do que se imaginava.

    É certo que os cientistas têm descoberto uma série de “novas formas de carbono” nos anos recentes, mas agora foram reveladas nada menos do que 43 estruturas de carbono até então desconhecidas.

    Usando técnicas computacionais, Patrick Avery e seus colegas da Universidade de Buffalo, nos EUA, estavam procurando por materiais superduros, adequados para uso em revestimentos antirrisco, brocas de perfuração e abrasivos.

    “Os diamantes são atualmente o material mais duro disponível comercialmente, mas eles são muito caros. Nós queríamos encontrar algo mais duro do que um diamante. Se você encontrar outros materiais duros, potencialmente poderá torná-los mais baratos. Eles também podem ter propriedades úteis que os diamantes não possuem. Talvez eles interajam de maneira diferente com calor ou eletricidade, por exemplo,” disse a professora Eva Zurek, coordenadora da equipe.

     
    Carbono superduro
     

    Os 43 tipos de carbono revelados pela análise – são 43 formas novas de organização dos átomos de carbono em estruturas cristalinas – dão a pinta de serem superduros e, mais importante, de serem estáveis em condições ambiente.

    Uma substância é tipicamente catalogada como superdura quando apresenta um valor de dureza superior a 40 gigapascais, medido através de um experimento chamado teste de dureza Vickers.

    As previsões são de que todas as 43 novas estruturas de carbono atinjam esse limite. Estima-se que três excedam ligeiramente a dureza Vickers dos diamantes, embora isso tenha que ser confirmado nos experimentos porque os cálculos têm uma margem de erro.

    As três estruturas mais duras que o diamante contêm fragmentos de diamante e de lonsdaleíta, também chamada de diamante hexagonal, em suas estruturas cristalinas.

    Com a estrutura cristalina prevista, os cientistas dos materiais poderão agora se dedicar a sintetizar cada uma delas, para confirmar suas propriedades.

     
    Bibliografia:

    Artigo: Predicting superhard materials via a machine learning informed evolutionary structure search
    Autores: Patrick Avery, Xiaoyu Wang, Corey Oses, Eric Gossett, Davide M. Proserpio, Cormac Toher, Stefano Curtarolo, Eva Zurek
    Revista: Npj Computational Materials
    Vol.: 5, Article number: 89
    DOI: 10.1038/s41524-019-0226-8

  • 29 de julho, 2019

    Criados primeiros ímãs líquidos permanentes

    Criados ímãs líquidos permanentes

    Demonstração das gotículas de ímã líquido sendo controladas por um campo magnético externo.  [Imagem: Xubo Liu et al. – 10.1126/science.aaw8719]

     
    Magnetos líquidos
     

    Os ímãs convencionais são duros e rígidos, mas isso não impediu que eles dessem enormes contribuições à sociedade e à indústria moderna – seria até sem sentido tentar fazer uma lista de exemplos de suas aplicações.

    Imagine então se os ímãs pudessem ser macios, fluidos como líquidos e maleáveis, permitindo que se adequem a um espaço limitado?

    Não precisa imaginar muito, porque Xubo Liu, da Universidade de Tecnologia Química de Pequim, juntamente com colegas dos EUA, acabam de “liquefazer” os ímãs.

    Liu desenvolveu um novo tipo de ímã extremamente maleável, que gruda como seu equivalente sólido, mas flui como um líquido, incluindo formar gotas e se dispersar em soluções. Além disso, é possível controlar externamente as propriedades e configurações desses novos materiais ferromagnéticos líquidos.

    A equipe já conseguiu imaginar uma série de aplicações para os magnetos líquidos, como células artificiais para terapias específicas para o câncer, robôs flexíveis que podem mudar de forma para se adaptar ao ambiente, equipamentos acionados magneticamente à distância, recipientes de líquido para fornecer matéria ativa e tecnologias da informação com padrões de gotículas de líquido programáveis.

     
    Tipos de ímãs
     

    Em geral, existem dois tipos de materiais magnéticos. Ímãs ferromagnéticos, como aqueles na porta da geladeira, são permanentemente magnéticos. Outros são paramagnéticos, tornando-se magnéticos na presença de campos magnéticos externos, mas incapazes de reter sua capacidade magnética.

    O paradigma teórico da área estabelece que as interações atômicas que permitem a magnetização exigem que os átomos estejam muito próximos uns dos outros, razão pela qual a maioria dos materiais magnéticos é feita de materiais duros, densos e sólidos – e com uma forma fixa.

    Embora os ferrofluidos, suspensões de nanopartículas magnéticas em fluidos transportadores, exibam uma combinação única de propriedades líquidas e paramagnéticas, sua incapacidade de reter a magnetização limita sua aplicação geral.

    Criados ímãs líquidos permanentes

    O campo magnético externo magnetiza as gotículas de forma permanente – ou controla as que já foram magnetizadas. 
    [Imagem: Xubo Liu et al. – 10.1126/science.aaw8719]

     
    Ímã líquido
     

    Xubo Liu e seus colegas usaram justamente esses ferro fluidos para desenvolver uma nova abordagem que permitiu criar ímãs reconfiguráveis que retêm sua magnetização. Ao adicionar um surfactante às gotas de ferro fluido que se formam em solução aquosa, eles transformaram o líquido paramagnético em um líquido com propriedades ferromagnéticas.

    As interações de “puxa e empurra” entre as gotículas – até mesmo sua magnetização ferromagnética – podem ser facilmente manipuladas, permitindo mudanças controladas na forma, na rotação e no estado magnético das gotículas líquidas. Em resumo, eles mudaram o paradigma vigente de que ímãs permanentes só podem ser feitos de materiais duros.

    Através de medições de magnetometria, a equipe confirmou que, quando dirigiam um campo magnético para uma de suas gotículas, todos os pólos norte-sul das estimadas 70 bilhões de nanopartículas de óxido de ferro flutuando na gotícula, e até das estimadas 1 bilhão de nanopartículas na superfície da gota, respondem em uníssono, como um ímã sólido.

    Agora é esperar pelo desenvolvimento das aplicações tecnológicas dos ímãs líquidos.

     

    Bibliografia:

    Artigo: Reconfigurable ferromagnetic liquid droplets
    Autores: Xubo Liu, Noah Kent, Alejandro Ceballos, Robert Streubel, Yufeng Jiang, Yu Chai, Paul Y. Kim, Joe Forth, Frances Hellman, Shaowei Shi, Dong Wang, Brett A. Helms, Paul D. Ashby, Peter Fischer, Thomas P. Russell
    Revista: Science
    Vol.: 365 Issue 6450
    DOI: 10.1126/science.aaw8719

  • 26 de junho, 2019

    Metamaterial revoluciona ressonância magnética e imagens médicas

    Metamaterial para exames
     

     Os metamateriais, que começaram como uma curiosidade matemática e logo se revelaram ainda mais curiosos, ao viabilizar a criação de mantos de invisibilidade, já estão prontos para melhorar os exames médicos.

     Uma equipe da Universidade de Boston, nos EUA, criou um metamaterial magnético na forma de um pequeno cilindro que mostrou-se capaz de amplificar fortemente os sinais das máquinas de ressonância magnética.

     O resultado é um exame muito mais nítido, feito na metade do tempo dos exames atuais e ainda permitindo usar um campo magnético muito mais baixo, eventualmente abrindo caminho para a fabricação de equipamentos de mais baixo custo e com menor custo operacional.

     
    Metamaterial magnético
     

     O metamaterial magnético é constituído por uma série de unidades chamadas ressonadores helicoidais, estruturas de três centímetros de altura criadas a partir de plástico impresso em 3D e bobinas de cobre.

     Os pequenos dispositivos por si só não impressionam. Contudo, quando colocados em conjunto, os ressonadores helicoidais formam uma matriz flexível, maleável o suficiente para cobrir a rótula, o abdome, a cabeça ou qualquer parte do corpo que precise de imagens.

     Quando a matriz é colocada perto do corpo, os ressonadores interagem com o campo magnético da máquina, aumentando a relação sinal-ruído da ressonância magnética, “aumentando o volume da imagem”, como dizem os pesquisadores.

     ”Muitas pessoas ficaram surpresas com sua simplicidade. Não é um material mágico. A parte ‘mágica’ é o projeto e a ideia,” disse o pesquisador Guangwu Zhang.

    Metamaterial revoluciona ressonância magnética e imagens médicas

    Comparação dos exames de ressonância magnética de 1,5 T com e sem o metamaterial magnético. [Imagem: Duan et al. – 10.1038/s42005-019-0135-7]


    Ressonância magnética de próxima geração
     

     Para testar o conjunto magnético, a equipe examinou pernas de frango, tomates e uvas usando uma máquina de 1,5 Tesla. O metamaterial magnético produziu um aumento de 4,2 vezes na relação sinal-ruído, uma melhoria radical, o que significa que campos magnéticos mais baixos poderiam ser usados para tirar imagens mais nítidas do que é possível atualmente.

     Agora os pesquisadores esperam fazer parcerias com a indústria para que seu metamaterial magnético possa ser adaptado para aplicações clínicas do mundo real.

     

    Bibliografia:
     
    Boosting magnetic resonance imaging signal-to-noise ratio using magnetic metamaterials
    Guangwu Duan, Xiaoguang Zhao, Stephan William Anderson, Xin Zhang
    Communications Physics
    Vol.: 2, Article number: 35
    DOI: 10.1038/s42005-019-0135-7
  • 03 de junho, 2019

    Criada liga metálica mais resistente do mundo

    Liga metálica mais resistente ao desgaste do mundo

    Os pesquisadores usaram simulações em computador para calcular a melhor receita para a liga metálica mais resistente do mundo, antes de fabricá-la em um equipamento de última geração.[Imagem: Randy Montoya/Sandia]

     
    Resistência ao desgaste
     

     Engenheiros do Laboratório Nacional Sandia, nos EUA, fabricaram uma liga metálica que eles acreditam ser o metal mais resistente ao desgaste do mundo – e isto apesar de ser feita de dois metais considerados “macios”.

     A liga é 100 vezes mais durável do que o aço de alta resistência, tornando-se a primeira liga metálica – ou combinação de metais – na mesma classe do diamante e da safira, os materiais mais resistentes ao desgaste da natureza.

     John Curry, criador da liga, fez um cálculo interessante para demonstrar essa resistência ao desgaste. Segundo ele, se você tiver o azar de ter um carro com pneus de metal, a nova liga é a opção: Você poderia derrapar – não rodar, derrapar – ao redor do equador da Terra 500 vezes antes de desgastar o pneu.

     Isto se você achar que vale a pena pagar por isso: a nova liga é feita de platina e ouro.

     Mas não se preocupe com o preço porque a liga superresistente já tem uso garantido e um mercado gigantesco: o de contatos metálicos em equipamentos eletrônicos, hoje tipicamente revestidos com ouro. Ocorre que esses revestimentos são caros e, eventualmente, também se desgastam, conforme as conexões são pressionadas ou deslizam umas sobre as outras dia após dia, ano após ano, às vezes milhões, até bilhões de vezes.

     Segundo Curry, um contato feito com a nova liga – ou o hipotético pneu metálico – precisa ser arrastado no asfalto por 1.600 metros para perder apenas uma única camada de átomos.

     
    Uma nova teoria para uma liga melhor
     

     Você pode estar se perguntando como os metalurgistas não se depararam com essa possibilidade depois de milhares de anos fazendo ligas metálicas?

     De fato, a combinação de 90% de platina com 10% de ouro não é nada nova – mas a engenharia de preparação dos dois metais é.

     Os livros-texto de metalurgia dizem que a capacidade de um metal para resistir ao atrito é baseada em sua dureza. Curry propôs uma nova teoria que diz que o desgaste está relacionado ao modo como os metais reagem ao calor, não à sua dureza. Ele então selecionou os metais, calculou as proporções e desenvolveu um processo de fabricação para testar sua teoria.

     Deu muito certo.

     ”Muitas ligas tradicionais foram desenvolvidas para aumentar a resistência de um material reduzindo o tamanho dos grânulos,” explicou Curry. “Mesmo assim, na presença de tensões e temperaturas extremas, muitas ligas ficam grosseiras ou amolecem, especialmente sob fadiga. Vimos que, com a nossa liga de platina-ouro, a estabilidade mecânica e térmica é excelente, e não vimos muita mudança na microestrutura durante períodos imensamente longos de estresse cíclico durante o deslizamento.”

     A nova liga se parece com a platina comum, branco-prateada, e um pouco mais pesada do que ouro puro. Curiosamente, ela não é muito mais dura do que outras ligas de platina e ouro, mas resiste muito melhor ao calor e é 100 vezes mais resistente ao desgaste.

     

    Bibliografia:
     
    Achieving Ultralow Wear with Stable Nanocrystalline Metals
    John F. Curry, Tomas F. Babuska, Timothy A. Furnish, Ping Lu, David P. Adams, Andrew B. Kustas, Brendan L. Nation, Michael T. Dugger, Michael Chandross, Blythe G. Clark, Brad L. Boyce, Christopher A. Schuh, Nicolas Argibay
    Advanced Materials
    Vol.: 30 (32): 1802026
    DOI: 10.1002/adma.201802026
  • 02 de maio, 2019

    Madrepérola artificial é ideal para construir casas na Lua

    Madrepérola artificial é ideal para construir casas na Lua

    Cada camada de madrepérola artificial tem cinco micrômetros de espessura. [Imagem: J. Adam Fenster/Rochester]

    Conchas na Lua

     Os primeiros astronautas a explorar a Lua de forma mais duradoura talvez não precisem morar em conchas, mas o material produzido por moluscos seria a opção ideal para construir as primeiras vilas lunares e marcianas.

     É o que propõe uma equipe internacional trabalhando em conjunto na Universidade de Rochester, nos EUA.

     A madrepérola, ou nácar, é um material duro e excepcionalmente resistente, produzido por alguns moluscos e que serve como a camada de revestimento interno das suas conchas – a camada externa das pérolas, com seu brilho intenso, também consiste de madrepérola.

     O problema é que fabricar madrepérola artificialmente, em grandes quantidades, é ainda um desafio a vencer.

     Ewa Spiesz e seus colegas encontraram um caminho para vencer esse desafio: Já que estavam se inspirando na natureza para fabricar um material ultraforte, ficaram na natureza mesmo, e encontraram bactérias que podem fazer o trabalho sozinhas usando apenas materiais biológicos.

     
    Madrepérola artificial

     A madrepérola artificial criada pela equipe consiste em uma sobreposição de camadas finas alternadas de carbonato de cálcio cristalizado e um polímero grudendo.

     Para fabricar o cimento de cálcio, Spiesz colocou uma base de vidro ou plástico em um recipiente contendo uma fonte de cálcio, a bactéria Sporosarcina pasteuriie ureia, uma mistura que induziu a cristalização do carbonato de cálcio. Para fazer a camada de polímero, ela pegou a base com a primeira camada e a colocou em uma solução com a bactéria Bacillus licheniformis.

     A seguir, é só ir repetindo o procedimento. Nesta versão de laboratório, leva cerca de um dia para criar um revestimento sobre vidro ou plástico, que se mostrou extremamente resistente. A equipe agora está testando o processo com metal e também tentando eliminar a necessidade do substrato.

     ”Estamos testando novas técnicas para fazer materiais mais espessos e nácares de forma mais rápida e que possam ser o próprio material inteiro [sem depender de substratos],” disse a professora Anne Meyer.

    Madrepérola artificial é ideal para construir casas na Lua

    Vista ao microscópio, a madrepérola artificial tem uma incrível semelhança com o material produzido pelos moluscos. [Imagem: Spiesz et al. – 10.1002/smll.201805312]


    Casas na Lua

     O material biomimético e biologicamente produzido tem a dureza do nácar natural, ao mesmo tempo em que é resistente e, surpreendentemente, dobrável, abrindo caminho para uma ampla gama de utilizações.

     Uma das características mais benéficas da madrepérola artificial é que ela é biocompatível – feita de materiais que o corpo humano produz ou que os humanos podem comer – o que a torna adequada para aplicações médicas, como ossos e implantes artificiais.

     E, mais resistente e rígida do que a maioria dos plásticos, ela é muito leve, uma qualidade especialmente valiosa para uso em veículos de transporte como aviões, barcos ou foguetes. O revestimento de nácar também protege contra a degradação química e o intemperismo, o que o torna adequado para aplicações de engenharia civil.

     A madrepérola também pode ser um material ideal para construir casas na Lua e outros planetas: os únicos ingredientes necessários seriam um astronauta e um pequeno tubo de ensaio contendo as bactérias. “A Lua tem uma grande quantidade de cálcio no regolito, então o cálcio já está lá. O astronauta traz as bactérias e ele próprio produz a ureia [na urina], que é a única outra coisa que você precisa para começar a fazer camadas de carbonato de cálcio,” disse Meyer.

     

    Bibliografia:Bacterially Produced, Nacre?Inspired Composite Materials
    Ewa M. Spiesz, Dominik T. Schmieden, Antonio M. Grande, Kuang Liang, Jakob Schwiedrzik, Filipe Natalio, Johann Michler, Santiago J. Garcia, Marie-Eve Aubin-Tam, Anne S. Meyer
    Small
    DOI: 10.1002/smll.201805312

  • 15 de abril, 2019

    Plástico conduz calor no claro e retém o calor no escuro

    Sob condições ambientais ou luz visível (lado esquerdo), o polímero é cristalino e tem uma alta condutividade térmica. Uma vez exposto à luz ultravioleta (UV) (lado direito), elo se transforma em um líquido de baixa condutividade térmica – a fase cristalina aparece brilhante e a fase líquida aparece escura.[Imagem: University of Illinois Materials Research Lab]


    Controle do calor com luz

    Os plásticos capazes de conduzir calor são uma classe recente de novos materiais usados em aparelhos eletrônicos e que prometem carros mais leves.

    O mais novo membro dessa família é um plástico que tem sua condutividade termal controlada pela luz: A luz pode funcionar como um interruptor óptico, ligando e desligando a capacidade do plástico de conduzir o calor.

    Isso significa que esse polímero permitirá rotear o calor sob demanda, levando-o para onde ele é necessário ou retirando-o de onde ele é prejudicial.

    “Até onde sabemos, esta é a primeira observação de uma transição cristal-líquido reversível acionada por luz em qualquer material polimérico. A descoberta particularmente notável neste estudo é a mudança rápida e reversível de três vezes na condutividade térmica associada à transição de fase,” disse Jungwoo Shin, da Universidade de Illinois, nos EUA.

    Essa possibilidade de controle óptico das propriedades termofísicas do polímero deve-se ao efeito fotorresponsivo da molécula de azobenzeno, que pode ser opticamente energizada por luz visível ou por luz ultravioleta.

    “Sintetizamos um polímero complexo funcionalizado com grupos azobenzeno responsivos à luz. Iluminando-o com luz UV e visível, podemos mudar a forma do grupo azobenzeno, modulando a força de ligação entre as cadeias e produzindo uma transição reversível entre cristal e líquido,” disse Jaeuk Sung, membro da equipe.

    O próximo passo será estudar a resiliência do polímero sob diversas condições de operação, para definir qual serão suas possíveis utilizações.
     
    Bibliografia:

    Light-triggered thermal conductivity switching in azobenzene polymers
    Jungwoo Shin, Jaeuk Sung, Minjee Kang, Xu Xie, Byeongdu Lee, Kyung Min Lee, Timothy J. White, Cecilia Leal, Nancy R. Sottos, Paul V. Braun, David G. Cahill
    Proceedings of the National Academy of Sciences
    DOI: 10.1073/pnas.1817082116

  • 11 de março, 2019

    Metassuperfície quebra lei da reflexão e dirige ondas à vontade

    Átomos artificiais para criar materiais artificiais

     Pesquisadores da Universidade de Aalto, na Finlândia, desenvolveram metassuperfícies que manipulam ondas sonoras de forma controlada, essencialmente quebrando a lei clássica da reflexão, fazendo as ondas se refletirem da maneira que se desejar.

     Metassuperfícies são estruturas artificiais, compostas de arranjos periódicos de meta-átomos em várias escalas, tipicamente menores do que a onda que se deseja manipular. Os meta-átomos, que funcionam como antenas ao interagir com as ondas sonoras ou eletromagnéticas, são feitos de materiais comuns. Contudo, quando dispostos de maneira periódica, a superfície que esses meta-átomos formam apresenta efeitos incomuns que não podem ser obtidos com os materiais naturais.

    Quebrando a Lei da Reflexão

     Quando uma onda incide sobre uma superfície refletora com um determinado ângulo e sua energia é refletida de volta, o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. Esta lei de reflexão clássica é válida para qualquer superfície homogênea.

     A nova metassuperfície muda isto, permitindo a manipulação arbitrária das ondas refletidas, essencialmente quebrando a lei da reflexão – o ângulo de reflexão será determinado pelo posicionamento dos meta-átomos.

     ”As soluções existentes para controlar a reflexão das ondas têm baixa eficiência ou são de difícil implementação,” explicou a pesquisadora Ana Díaz-Rubio. “Nós resolvemos ambos os problemas. Não apenas descobrimos uma maneira de projetar metassuperfícies altamente eficientes, como também podemos adaptar o design para diferentes funcionalidades. Essas metassuperfícies são uma plataforma versátil para o controle arbitrário da reflexão.”

     

    Metassuperfície quebra lei da reflexão e dirige ondas à vontade

    Representação do efeito obtido com a metassuperfície projetada para ondas sonoras – ela pode funcionar com qualquer tipo de onda. [Imagem: Aalto University]

    Aplicações das metassuperfícies

     Neste experimento, Ana e seus colegas trabalharam com ondas sonoras, mas o princípio pode ser aplicado a campos eletromagnéticos e até ondas do mar, criando metafluidos ou equipamentos para concentrar as ondas do mar para gerar mais energia, por exemplo.

     Para ver o quanto essas superfícies artificiais são interessantes, basta lembrar que essas estruturas artificiais – versões bidimensionais dos mais conhecidos metamateriais – estão sendo usadas para substituir a eletricidade por luz dentro dos processadores, revolucionar instrumentos científicos e construir um olho eletrônico, apenas para citar alguns exemplos.

     Esta mesma equipe apresentou recentemente um espelho cujo reflexo depende do ângulo que você olha.

     

    Bibliografia:

    Power flow-conformal metamirrors for engineering wave reflections

     Ana Díaz-Rubio, Junfei Li, Chen Shen, Steven A. Cummer, Sergei A. Tretyakov

     Science Advances

     Vol.: 5, no. 2, eaau7288

     DOI: 10.1126/sciadv.aau7288