Uma pesquisa desenvolvida a partir de uma colaboração internacional entre o IFGW/UNICAMP (Profs. Douglas Galvão e Varlei Rodrigues e o pós-doc Cristiano Woellner) e a Rice University (grupo do Prof. Pulickel Ajayan) mostrou pela primeira vez que a resposta mecânica em escala nano de uma classe especial de estruturas porosas pode ser reproduzida em tamanho macroscópico utilizando impressoras 3D. Este trabalho foi publicado recentemente no prestigiado periódico Advanced Materials [1].

Estas estruturas (cristalinas) porosas são denominadas Schwarzitas. Uma homenagem ao cientista alemão Hermann Schwarz, que as idealizou em 1880. A geometria destas estruturas é bastante complexa e separadas em famílias conforme o seu tipo de simetria. A figura a seguir mostra duas famílias e nos dá uma boa ideia da sua forma.

Figure - Representação de quatro estruturas do tipo Schwarzitas.

Apesar de sua idealização existir a mais de um século, a sua realização nunca se tornou realidade até que as impressoras 3-D fornecessem a primeira maneira prática de fazê-las.

Neste trabalho a versão nano foi investigada a partir de simulação computacional usando dinâmica molecular e em que todos os átomos das Schwarzitas são de carbono. E a sua contrapartida macro, feita de polímero, foi gerada via impressão 3D.

Uma característica marcante das Schwarzitas, e vista nas duas escalas, é a maneira em que elas se deformam. As estruturas se deformam em camadas e de forma organizada. Isto explica como estas estruturas podem ter seus tamanhos reduzidos à metade sem apresentar grandes fraturas.

O projeto teve início quando da visita do Dr. Chandra Tiwary ao IFGW com um fellowship da American Physical Society / Sociedade Brasileira de Física. Como destacou o Prof. Douglas Galvão [2] “Nós discutimos que seria bom se pudéssemos traduzir modelos atômicos das Schwarzitas em estruturas impressas 3D. Depois de algumas tentativas, funcionou bastante bem. É um pouco surpreendente que algumas características da escala atômica sejam preservadas nas estruturas impressas. Este artigo é um bom exemplo de uma colaboração eficaz teoria-experiência".

[1] O artigo Multiscale Geometric Design Principles Applied to 3D Printed Schwarzites, publicado na Advanced Materials, pode ser encontrado aqui: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201704820/full

[2] http://news.rice.edu/2017/11/16/math-gets-real-in-strong-lightweight-structures-2/