Por toda a história, os materiais e os avanços na tecnologia de materiais influenciaram o estilo de vida das pessoas. Atualmente, podemos estar à beira da nova mudança nesse tipo de tecnologia, com a criação de cprodutos e funções que jamais imaginamos que seriam possíveis.
A indústria tem solicitado materiais mais leves, tenazes, finos e flexíveis ou rigídos, além de resistentes ao calor e ao desgaste. Ao mesmo tempo, os pesquisadores estão forçando os limites do que imaginamos ser possível ao tentar melhorar materiais existentes e, ao mesmo tempo, inventar materiais totalmente novos que, embora estejam a anos de distância do uso diário, nos levam a rumos tecnológicos totalmente novos.
O céu é o limite
Com base nas atuais pesquisas, vemos que o campo da ciência de materiais aplicada está seguindo por novos caminhos que mais parecem ficção científica. A iminente escassez de recursos está exigindo inovações e ideias criativas. Na dianteira dos materiais, os compósitos com os atributos desejáveis como peso leve, alta resistência e durabilidade parecem que, provavelmente, assumirão uma maior participação de mercado e, outros tipos desses materiais serão baseados em recursos renováveis conforme se tornarem mais necessários. O material mais promissor nesse cenário é o grafeno.
O grafeno tem a espessura de único átomo (1 milhão de vezes mais fino que um fio de cabelo humano), mas 200 vezes mais forte que o aço em peso, extremamente flexível e quase transparente com excelente condutividade elétrica e térmica. É assim que as lendas surgem.
Na verdade, os pesquisadores da Universidade de Nankai em Tianjin, China, descobriram recentemente que uma esponja de grafeno pode transformar luz em energia, fazendo com que a humanidade avance na direção de aviões que não precisem de combustível e que funcionem com luz solar.
Liderando a revolução do grafeno
O grafeno foi descoberto quase que acidentalmente quando os professores Andre Geim e Kostya Novoselov na Universidade de Manchester (Inglaterra) fizeram experiências com lápis e fita adesiva em 2004. Em 2010, Geim e Novoselov ganharam o Prêmio Nobel em física pela pesquisa com o grafeno e, em seguida, a União Europeia investiu 1 bilhão de Euros para fundar a Graphene Flagship, uma iniciativa de pesquisa que visa acelerar o desenvolvimento de aplicações comerciais. As potenciais áreas de aplicação vão desde a purificação de água e armazenamento de energia até produtos domésticos, computadores e outros equipamentos eletrônicos. Enquanto isso, embora as patentes relacionadas ao grafeno estejam aumentando aos milhares, a utilização em larga escala está limitada pelos custos de sua produção – mas isso está prestes a mudar. Os pesquisadores da Universidade de Glasgow descobriram uma maneira de produzir grandes folhas de grafeno por um custo 100 vezes mais baixo que o método de produção anterior.
A pele sintética, capaz de fornecer estímulos sensoriais a pessoas que usam próteses de membros, é uma das diversas possibilidades que pode aumentar com esse desenvolvimento. “O grafeno pode ajudar a criar superfícies ultraflexíveis e condutivas que podem dar às pessoas próteses capazes de fornecer sensações de uma maneira que é impossível mesmo para as próteses mais avançadas,” conta Dr. Ravinder Dahiya, que conduziu a equipe de pesquisa na Universidade de Glasgow.
A morte dos metais?
Os metais dominaram a indústria, definindo períodos inteiros da história da humanidade. O uso por um período tão longo criou uma infinidade de informações e expertise, mas cientistas e pesquisadores continuam a trabalhar para ampliar os limites desses materiais. Os nanomateriais aparecem de forma proeminente nessa pesquisa, melhorando os metais e abrindo novas áreas de aplicação. Os desenvolvimentos em nanocompósitos de matriz metálica – compósitos que consistem parcialmente em nanopartículas e nanotubos de carbono – podem conduzir a nova era de redução de peso na indústria aeroespacial com força e rigidez extras.
Se quebrar, ele conserta sozinho
A pesquisa em nanocompósitos está abrindo a possibilidade de materiais que se regeneram de forma muito parecida com o corpo humano. Os pesquisadores do Autonomous Materials Systems Group do Beckman Institute da Universidade de Illinois (EUA) estão trabalhando em compósitos com fibras com propriedades de autorregeneração que envolvem a integração de agentes de cura que são liberados para misturar e polimerizar quando um defeito for detectado.
“Os materiais que se regeneram automaticamente estão surgindo,” afirma o cientista de materiais Mark Miodownik. Por enquanto, o que é tecnicamente possível não está nem perto de ser economicamente razoável, mas a possibilidade de consertar qualquer coisa durante o voo, desde a asa do avião até quadros de bicicletas e peças de automóveis essenciais para a segurança do veículo e dos passageiros está por surgir. Isso terá um impacto significativo no desenvolvimento dos produtos, na vida útil e na sustentabilidade. Os pesquisadores estão trabalhando em materiais que permitam uma maneira automática de reparar em vez de esperar por uma equipe de manutenção com poucos integrantes.
Superando a natureza
Durante milhões de anos, a ciência dos materiais trabalha na direção de uma série de descobertas acidentais de materiais que existem na natureza. Atualmente, os pesquisadores estão olhando além da natureza, combinando vários materiais convencionais ou partes de materiais e focando na estrutura ou padrão inerente deles para criar propriedades que não existem na natureza – ou que não foram descobertas ainda.
Um desses desenvolvimentos é uma organização de nervuras elaborada para lembrar a pele do tubarão. O micropadrão, chamado Sharklet, protege contra o alojamento e a transmissão de bactérias e está sendo desenvolvido para uso em hospitais e instalações para cuidados com a saúde.
Um outro desenvolvimento de materiais envolve invisibilidade. Cientistas de vários países estão trabalhando em metamateriais que prometem tornar objetos invisíveis ao ocultá-los com um material que pode curvar a radiação eletromagnética, como a luz ao redor do objeto, criando a ilusão de que não está realmente lá.
A sustentabilidade é o fio condutor
Em virtude da escassez de recursos naturais e o consequente e crescente apelo à sustentabilidade, a ciência dos materiais e o desenvolvimento de novos materiais, bem como a melhoria dos existentes, parece exercer um papel crucial em diversas áreas da sociedade.Novos materiais – por exemplo, materiais de construção que absorvem a luz – podem ajudar a conter o aquecimento global.
Parece que estamos entrando em uma nova era caracterizada não apenas pela digitalização e pela Internet das Coisas, mas também por novos materiais que podem tornar o futuro mais fácil, seguro e sustentável. O céu é realmente o limite.
