sexta-feira, fevereiro 03, 2012

Materiais inteligentes usam veias artificiais para se autoconsertar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/01/2012

Materiais inteligentes ganham sistema vascular para se autoconsertar
Quando as fibras sacrificiais são vaporizadas o material ganha um sistema vascular artificial.[Imagem: Thakre/Jerez/Durdle/Miller/Beckman Institute]
Autoconserto
A pele humana é um verdadeiro primor da natureza em sua capacidade de cicatrização e regeneração.
É por isto que os cientistas vêm tentando imitar esse mecanismo, criando materiais capazes de "cicatrizar" - ou de se autoconsertar quando sofrerem rachaduras, trincas ou riscos.
O mais moderno avião do mundo, por exemplo, o Airbus A380, que é também o primeiro avião feito de material compósito, está sofrendo com uma série de pequenas rachaduras que, se não ameaçam a segurança do avião, também não ajudam a aumentar a confiança que se tem nele.
Isso poderia ser evitado se o compósito usado em sua fabricação já incorporasse mecanismos de auto-reparo.
Sistema vascular artificial
O princípio usado nos materiais que se autoconsertam tem-se baseado na dispersão de pequenas cápsulas contendo o material selante, que se rompem quando ocorre o dano, fechando a trinca.
Mas pesquisadores da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos, acreditam que esse sistema, que funciona apenas na superfície, pode ser substituído com muitas vantagens por um sistema vascular artificial, que leve o produto necessário ao reparo em qualquer ponto do material, interna ou externamente.
Esse sistema microvascular artificial permitirá não apenas a fabricação de materiais que se autoconsertam, mas também materiais que se auto-resfriam ou auto-aquecem, dependendo da necessidade - para isso, basta variar o produto que circula por essas "veias artificiais".
"Nós agora podemos fabricar materiais que são verdadeiramente multifuncionais, simplesmente colocando para circular fluidos com funções diferentes dentro do mesmo material," explica Scott White, coordenador da pesquisa.
Material inteligente
Para construir o sistema vascular artificial, os cientistas usaram o que eles chamam de "fibras sacrificiais". São fibras que entram na composição do material compósito, mas que degradam a altas temperaturas.
Depois que o material está pronto, a elevação da temperatura vaporiza essas fibras, deixando os canais abertos, por onde podem correr os fluidos ou gases desejados.
Isto gera um material inteligente que lembra o sistema vascular de uma árvore, que é capaz de levar o alimento da raiz até a última folha.
Mas imitar o sistema de distribuição da seiva das árvores não agradou totalmente os pesquisadores.
Eles querem imitar o sistema circulatório dos animais.
Materiais inteligentes ganham sistema vascular para se autoconsertar
O princípio do sistema vascular pressurizado foi testado com sucesso, e agora será incorporado em um material funcional. [Imagem: Scott White Lab]
Múltiplos consertos
Um sistema que funcione usando a força da capilaridade para distribuir o elemento cicatrizante pode ser substituído com muitas vantagens por um sistema similar ao sistema circulatório humano, ou seja, um sistema por onde o fluido corre sob pressão de uma bomba.
Em seu último trabalho, o grupo comprovou que um sistema de bombeamento ativo, tornando o sistema vascular pressurizado, melhora significativamente a capacidade de auto-conserto do material compósito.
O sistema de autoconserto entra em operação quando os fluidos reativos são liberados em resposta ao estresse mecânico - uma ruptura - gerando uma polimerização que restaura a integridade mecânica do material danificado.
Este novo princípio, que ainda não foi incorporado em um material experimental, usa bombas para controlar precisamente o fluxo.
O processo dinâmico de bombeamento permite que o processo de reparo seja repetido inúmeras vezes, o que não acontece com as cápsulas superficiais dos sistemas existentes, que funcionam apenas uma vez.
Bibliografia:

Pressurized vascular systems for self-healing materials
Andrew R. Hamilton, Nancy R. Sottos, Scott R. White
Interface
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1098/rsif.2011.0508

Three-Dimensional Microvascular Fiber-Reinforced Composites
Aaron P. Esser-Kahn, Piyush R. Thakre, Hefei Dong, Jason F. Patrick, Vitalii K. Vlasko-Vlasov, Nancy R. Sottos, Jeffrey S. Moore, Scott R. White
Advanced Materials
Vol.: 23, 32 - pp 3654-3658
DOI: 10.1002/adma.201100933
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