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Artigo de colaboração internacional entre a UNICAMP e a Rice University apresenta novo tipo de material multifuncional

Uma pesquisa desenvolvida a partir de uma colaboração internacional entre a UNICAMP (Prof. Douglas Galvão e o pós-doc Cristiano Woellner) e a Rice University (grupo do Prof. Pulickel Ajayan) apresentou um novo tipo de material multifuncional extremante simples de ser obtido e que é gerado a partir da mistura de microesferas de parafina (cera de velas) imersas em uma matriz de elastômero (silicone). Este trabalho foi publicado recentemente na prestigiada Materials Today [1] (parâmetro de impacto 21.695).

O material proposto pertence a uma classe muito importante de materiais multifuncionais chamado: “material de mudança de fase” (change phase material - PCM). Os materiais multifuncionais possuem propriedades únicas onde mais de uma função está presente no mesmo material. Essas funcionalidades podem incluir respostas magnéticas, elétricas, ópticas até mesmo geradores de energia em perfeita sinergia e de forma eficiente. Essa classe de materiais pode apresentar vantagens, por exemplo, na hora de projetar materiais estruturados em problemas onde se exige alto desempenho, mas ao mesmo tempo, baixo consumo de energia. A natureza é repleta de materiais multifuncionais executando mais de uma função específica. Alguns materiais biológicos, possuem ao mesmo tempo a capacidade de detectar, autorregenerar e outras funcionalidades que são inerentemente construídas dentro da estrutura de um organismo. Na maioria dos casos, essas respostas naturais podem ser ajustadas para funções e ambientes específicos. Por exemplo, os músculos dos animais endurecem em resposta à força aplicada, e algumas plantas abrem e fecham suas folhas em resposta ao toque. Esses processos são controlados por vários estímulos, como toque, calor e luz. Esses materiais são construídos a partir de componentes bastante simples e restritos a condições ambientais. Tais arquiteturas tem se mostrado muito difíceis de serem emuladas para materiais sintéticos.

A principal característica dos PCM é a capacidade de armazenamento térmico, substancialmente maior que os materiais convencionais. Este armazenamento ou liberação de energia térmica, ocorre na transição de fase (por exemplo mudança da fase sólida/líquida ou líquida/sólida) destes materiais. Durante a transição de fase uma grande quantidade de energia é absorvida ou liberada, mas com a temperatura do material praticamente constante.

Mostramos um aumento de mais de uma ordem de magnitude na rigidez mecânica quando inserimos esferas de parafina em uma matriz de elastômero (polidimetilsiloxano - PDMS) em um teste de compressão dinâmica. A alta rigidez é influenciada principalmente pela presença de micro-cristais dentro da cera. Mostramos ainda uma rápida absorção ótica controlada por temperatura do compósito para um número ilimitado de ciclos sem qualquer degradação mecânica visível. Com base nessas propriedades, este material pode ser usado como um revestimento eficiente em vidros de carros e janelas. Esta abordagem simples para a multifuncionalidade é inovadora e pode abrir caminho para projetos de outros materiais multifuncionais em macro escala. A figura a seguir mostra a resposta ótica do compósito em função da variação da temperatura [1].

Artigo de colaboração internacional entre a UNICAMP e a Rice University apresenta novo tipo de material multifuncional.

  

[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702117306867 [versão online]

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