Materiais auto-sentidos impressos em 3D

Prévia do material em texto

1/3
Materiais auto-sentidos impressos em 3D
Os materiais de auto-sensação encontrarão uma variedade de aplicações, desde a engenharia de
tecidos até a construção de aeronaves leves.
Os avanços na ciência dos materiais e na engenharia levaram a uma intrigante classe de materiais
estruturais chamados materiais auto-sentidos, onde o material é projetado para traduzir deformações em
sua estrutura em mudanças mensuráveis ou observáveis. Isso significa que as estruturas têm a
capacidade de monitorar sua própria saúde, assim como o corpo humano.
Isso é útil em áreas onde a integridade estrutural de materiais leves é de extrema importância, como em
carros, aeronaves e outros veículos. No entanto, embora sua aplicação possa resultar em melhores
perfis de segurança, a pesquisa nesta área é limitada.
Em um estudo recente publicado na Advanced Engineering Materials, pesquisadores da Universidade de
Glasgow, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade de Cambridge
procuraram desenvolver um composto celular auto-sentido feito de nanotubos de carbono multi-parede
(MWCNT) / polipropileno copolímero aleatório (PPR) criado através de impressão 3D.
O projeto utiliza materiais celulares, que ocorrem na natureza e são caracterizados por sua
microestrutura porosa, como os encontrados em madeira, cortiça, colmeias, esponja e osso. “Os sólidos
celulares periáticos, geralmente referidos como redes, possuem uma combinação desejada de
propriedades como força e resistência”, explicou Shanmugam Kumar, professor da Universidade de
Glasgow, e um dos autores do estudo.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adem.202200194
2/3
“O uso da fabricação de fabricação de filamentos fundidos de baixo custo para a fabricação de
estruturas de treliça com propriedades autáveis pode encontrar aplicações em uma variedade de
campos, como órteses específicos para pacientes, andaimes para engenharia de tecidos, eletrodos para
dispositivos de armazenamento de energia e estruturas aeroespaciais e automotivas inteligentes e
leves”, acrescentou Brian Wardle, professor de aeronáutica e astronáutica e astronáuticas do MIT, e
outro dos autores do estudo.
As versões sintéticas dos materiais celulares podem ser projetadas para melhorar os atributos
mecânicos, como absorção de energia, rigidez e resistência, ao mesmo tempo em que transmitem novas
funcionalidades. No entanto, para conseguir isso, são necessárias redes de baixa densidade com
atributos funcionais e sintonizáveis, como propriedades auto-sensíveis ou de autocura, e até agora
foram raramente exploradas. “As redes de auto-sensibilidade capazes de exibir multifuncionalidades
complexas não podem ser facilmente realizadas através de rotas de fabricação convencionais”, disse
Kumar.
Os materiais auto-sensíveis permitem a transdução de estímulos mecânicos em sinais elétricos, e
podem ser projetados por incorporar elementos sensoriamento ou criando compósitos inteligentes que
exibem detecção intrínseca em resposta a estímulos externos.
A equipe seguiu a última abordagem em seu estudo. Especificamente, eles incorporaram nanoestruturas
de carbono eletricamente condutoras em um polímero termoplástico não condutor para criar redes
eletricamente condutoras. “Tais redes inteligentes exibem mudança na resistência elétrica, quando
submetidas a estímulos mecânicos – geralmente chamadas de piezoresistividade”, disse Kumar. “Nós
aproveitamos o comportamento pieezoresistivo de treliças compostas para a tensão in situ e/ou a
detecção de danos. Essas redes inteligentes são capazes de monitorar ambientes [além de] atender aos
requisitos mecânicos”.
A equipe usou a impressão 3D para criar suas redes de detecção, uma abordagem que eles esperam
tornar seu material mais acessível comercialmente. “O desempenho multifuncional ajustável de nossos
compósitos celulares fornece diretrizes para o projeto e desenvolvimento de redes compostas com
propriedades estruturais e funcionais para uma série de aplicações, como órteses específicas de
pacientes, andaimes para engenharia de tecidos e estruturas leves inteligentes”, disse Vikram
Deshpande, professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Cambridge.
Os próximos passos envolverão a avaliação do desempenho dessas estruturas celulares sob carga
cíclica repetitiva e explorar versões em micro e nanoescala de suas redes 3D inteligentes.
“A fabricação de escala, produzindo treliças inteligentes repetíveis e confiáveis e realizando testes de
campo dependentes de aplicativos são os obstáculos a serem superados antes da comercialização e
aplicação generalizada”, concluiu Kumar.
Referência: Shanmugam Kumar et al., Multifuncionalidade de Maldifice de Malenagem de Maldificação
Ativada por Manufatura Aditiva, Materiais Avançados de Engenharia (2022). DOI:
10.1002/adem.202200194
Imagem característica: Simon Lee em Unsplash
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adem.202200194
3/3
ASN WeeklyTradução
Inscreva-se para receber nossa newsletter semanal e receba as últimas notícias científicas diretamente
na sua caixa de entrada.
ASN WeeklyTradução
Inscreva-se no nosso boletim informativo semanal e receba as últimas notícias científicas.