Cientistas brasileiros t�m importante papel no desenvolvimento de um superpl�stico, que pode ser esticado 30 vezes mais que o comprimento original, al�m de aumentar 200 vezes a condutividade. A nova tecnologia possibilitar� ampla aplica��o em �reas como a de circuitos eletr�nicos flex�veis, sendo fundamental na nova gera��o de marca-passos, por exemplo. O projeto, liderado pelo f�sico Ray Baughman, do Instituto Nanotech da Universidade do Texas, em Dallas (Estados Unidos), � realizado com o suporte do professor Douglas Soares Galv�o e o grupo do Laborat�rio de S�lidos Org�nicos e Novos Materiais, do Departamento de F�sica Aplicada do Instituto de F�sica Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp, em Campinas, interior paulista.
H� cerca de 20 anos, Galv�o atua com pesquisadores dos EUA, China e Coreia do Sul na aplica��o pr�tica do superpl�stico, que parte de uma ideia basicamente simples: envolver borracha el�stica com redes de nanotubos de carbono. Conhecidos h� pouco mais de duas d�cadas, os nanotubos trazem propriedades de condutividade e resist�ncia revolucion�rias para a estrutura de materiais.
“� um material com propriedades completamente novas em rela��o ao que existe no mercado, mas poss�vel de ser produzido dentro de sala. O nanotubo de carbono � uma tecnologia razoavelmente desenvolvida e a borracha � conhecida h� tempos. Por se tratar de pouca quantidade, o custo � baixo”, explica Galv�o. A pesquisa brasileira � auxiliada pelo doutorando Francisco Al�rio Moura, que passou um ano na IFGW em est�gio-sandu�che e participou ativamente no desenvolvimento do projeto. Os mais recentes resultados do superpl�stico foram publicados pela revista Science.
Galv�o afirma que, embora a ideia de esticar as fibras de borracha e recobri-las com os nanotubos seja nova, ela j� poderia ter sido colocada em pr�tica h� anos. As propriedades tornam a tecnologia ideal para a produ��o de bra�os rob�ticos, circuitos eletr�nicos e outros tipos de sensores. “Quando se estica e se solta, as estruturas apresentam duas ordens de escala, uma maior e outra menor, movimento que � repetido v�rias vezes sem que o material se quebre (poder estic�-lo ou dobr�-lo sem que perca suas propriedades el�tricas � um avan�o para a eletr�nica flex�vel).”
Durante o desenvolvimento brasileiro do projeto, os pesquisadores focaram a modelagem para explicar o comportamento do superpl�stico. Para isso, foram aplicados m�todos de elementos finitos (t�cnica conhecida em f�sica e engenharia) para calcular o caminho da corrente el�trica em diversas configura��es, usando simplifica��es estruturais para o el�stico e as fibras. Os resultados foram considerados satisfat�rios, uma vez que foi obtido um modelo simplificado. “Combinamos t�cnicas de din�mica molecular para modelos mais simples e depois recorremos ao elemento finito, t�cnica usada em engenharia. A concord�ncia com os dados experimentais foi excepcionalmente boa, o que nos deixou bastante satisfeitos, considerando a complexidade do sistema.”
A aplica��o na ind�stria, na vis�o do professor da Unicamp, � relativamente barata, uma vez que � poss�vel escalar a produ��o. O projeto, entretanto, ainda est� na primeira fase, pois depende da compreens�o detalhada de aspectos estruturais e el�tricos, al�m de outras poss�veis aplica��es, como em supercapacitores. “As aplica��es conhecidas s�o muitas, desde marca-passos a m�sculos artificiais de tor��o r�pida, que poderiam ser ativados eletricamente para controlar eletronicamente pr�teses e/ou usados para rotacionar espelhos em circuitos �ticos ou bombear l�quidos em dispositivos usados para an�lises qu�micas. Al�m, claro, da utiliza��o direta como cabos el�tricos superel�sticos, sensores de press�o etc.”, aponta Galv�o.
Carca�as pl�sticas
“Grande parte da produ��o (de nanotubos) se destina ao revestimento de carca�as pl�sticas de componentes eletr�nicos produzidos na �sia. A introdu��o de nanotubos nos pl�sticos dissipa as imensas cargas est�ticas desses componentes”, sustenta o professor da UFMG Marcos Pimenta. Poucas empresas, por outro lado, lideram a produ��o mundial dos nanotubos, que, recentemente, chegaram a ser contrabandeados por pesquisadores brasileiros por causa das restri��es e negativas norte-americanas �s exporta��es ao pa�s. Com a populariza��o da tecnologia, espera-se que haja acesso e custo competitivo a curto prazo. “At� recentemente, os nanotubos de carbono estavam dispon�veis em quantidades limitadas e a pre�os exorbitantes. Hoje, j� � poss�vel obt�-los em volumes maiores. Isso permitir� �s mais diversas ind�strias a explora��o de novos mercados”, observa Pimenta.
O que s�o Nanotubos de Carbono?
Compostos de uma estrutura cil�ndrica de �tomos de carbono, os nanotubos representam uma nova e avan�ada classe de materiais descobertos em 1991 pelo f�sico japon�s Sumio Iijima. T�m propriedades incomuns com alta utilidade em �reas como energia, eletr�nica, medicina e ind�strias qu�mica e petroqu�mica. O di�metro das mol�culas corresponde � bilion�sima parte do metro (um nan�metro), caracter�stica que assegura propriedades diferenciadas de resist�ncia mec�nica e condutividade el�trica e t�rmica. A simples adi��o de 0,5% de nanotubos em materiais pode aumentar a resist�ncia m�ltiplas vezes. Desde a descoberta, foram desenvolvidos diversos processos de cria��o, entre os principais, a descarga entre eletrodos de grafite e por deposi��o qu�mica de vapor catalisada (DQVC). O �ltimo processo demonstra maior potencial de produ��o em massa. Como catalisadores, s�o usados metais de transi��o como ferro, n�quel e cobalto ou seus �xidos. Pela descoberta, Iijima, que atua na Meijo University (de Nagoya) e dirige o Research Center for Advanced Carbon Materials, recebeu v�rios pr�mios – entre os quais, a medalha Benjamin Franklin em 2002 e o pr�mio Kavli para nanoci�ncia em 2008. Em setembro de 2010, o f�sico japon�s esteve em Belo Horizonte participando de workshop aberto ao p�blico no Instituto de Ci�ncias Exatas (ICEx) da UFMG.
Nanotubos de carbono x Outros materiais
200
Resist�ncia � tra��o
4,7
Fibras de grafite
1,5
A�o inoxid�vel
Fonte: Grupo de Materiais Nanoestruturados da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e UFMG