Materiais Inteligentes

Já há algum tempo, cientistas vêm pesquisando materiais que, equipados com sensores e controles, “se comportam” como sistemas biológicos. Já foi obtido sucesso com estes tipos de “materiais inteligentes”. Em breve, materiais que se consertam por conta própria ou se adaptam a certas condições do meio-ambiente poderão estar disponíveis.

Por exemplo, uma ponte poderia se reforçar e selar suas rachaduras por conta própria durante um terremoto ou um carro com “zonas de amasso inteligente”, poderia retornar à sua forma original após um acidente. Assim como os seres vivos, estes sistemas se adaptariam às necessidades e melhorariam qualquer dano possível ou compensariam pela falha de elementos individuais.

Os cientistas já testaram que estes tipos de materiais e estruturas são essencialmente viáveis. Entretanto eles necessitam de uma série de ferramentas especiais. Estas ferramentas incluem atuadores e motores que se comportam da mesma forma que os músculos, sensores que funcionam como nervos e memória e rede computacional que representam o cérebro e a espinha.

Materiais compostos multifuncionais que absorvem vibrações por conta própria que reduzem poluição sonora são um exemplo de materiais inteligentes que já foram pesquisados e aplicados. Eles são equipados com sensores que registram quando o material começa a vibrar. O sinal do sensor é então processado por um regulador que controla os atuadores integrados de uma forma com a qual eles absorvem as vibrações. Fibras finas de cerâmica de micrometro são utilizadas para converter tensão mecânica ou térmica em sinais elétricos.

A medicina também pode se beneficiar dos materiais inteligentes. Hoje tubos combinados feitos de metal, chamados de “stent” já estão sendo implantados em artérias para reforçá-las evitando que haja o entupimento. Os ‘stents’ do futuro serão inteligentes. Eles serão injetados diretamente na veia, envolvendo apenas o procedimento médico mais simples e por conta própria irão tomar a forma desejada na artéria afetada. A conversão será feita pela temperatura do corpo. A vantagem para o paciente é que uma operação complicada será substituída por um procedimento médico mínimo tão eficiente quanto a cirurgia.

Há também o trabalho com materiais sintéticos com um “efeito memória”. Linhas que dão nó sozinhas, espirais que lembram sua forma original. Os ‘materiais com memória’ lembram da sua forma e, depois de estarem deformados, retornam à sua forma original. Calor ou luz são o suficiente para fazê-los voltar à sua antiga forma.

Aplicações

Cerâmicas Piezoelétricas

Eles estão usando cerâmicas piezoelétricas, um material que transforma energia elétrica em movimento ou movimento em energia elétrica - tecnicamente falando, esses materiais são transdutores eletromecânicos.

Os primeiros testes estão sendo feitos com esferas e rolamentos construídos com estas piezocerâmicas. As esferas foram colocadas entre o chassi e uma estrutura metálica que se conforma ao chassi de um veículo de testes.

Essas "esferas inteligentes" podem ser controladas eletronicamente para contrabalançar e neutralizar as vibrações que o veículo sofre enquanto roda.

Assim, em vez de um bloco de borracha passivo, o carro passa a ter um mecanismo ativo, controlado por computador, que anula a vibração tão logo ela seja detectada.

Mas há outras possibilidades: em vez de anular as vibrações, o material piezoelétrico pode aproveitá-las para gerar energia elétrica e alimentar as baterias de um veículo híbrido ou elétrico.

 

Fluidos Reológicos

Outra alternativa, que está sendo pesquisada por engenheiros do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, são os fluidos magneto-reológicos.

Fluidos magnetorreológicos poderão revolucionar suspensões de veículos.

Esses fluidos contêm minúsculas partículas que se alinham para formar cadeias fixas quando submetidas a um campo magnético.

Em termos práticos, o fluido se solidifica instantaneamente, mas de forma reversível. Variando-se a intensidade do campo magnético é possível controlar sua "solidez", que pode ir do inteiramente líquido ao sólido, passando por níveis intermediários de viscosidade.

O principal uso dos fluidos reológicos está nos amortecedores, que podem variar continuamente seu comportamento, dependendo das condições da estrada, mas os engenheiros estão começando a testar seu uso em outras partes do veículo, sobretudo no isolamento entre o chassi e a área interna.

Polímeros com Memória

Esta nova tecnologia com base nos polímeros com memória de forma, lembram-se da forma como foram inicialmente construídos. Como tal, é possível deformar completamente qualquer objecto com esta constituição que, após se aplicar calor sobre o polímero, este reconstrói-se autonomamente voltando à sua forma inicial.

Segundo uma experiência levada a cabo por um grupo de investigadores do Estado de Arizona, foi possível tornar estes materiais, já de si inteligentes, em materiais mais inteligentes ainda. Isto deve-se à introdução de uma malha de fibra óptica no interior dos polímeros. Agora, além de voltarem à sua forma inicial, estes novos materiais são capazes de dizer por si próprios se foram danificados, onde estão danificados e o grau de danos sofridos.

Quando estes materiais ficam deformados ou mesmo partidos, um laser de infravermelhos emite um pulso de calor ao longo da rede de fibra óptica, reparando a área com problemas. O calor emitido pelo laser aumenta 11 vezes a força do polímero, restaurando-se até 96% da sua força original, garantindo por fim que o problema não voltará a acontecer

Tema principal:

http://www.discoverybrasil.com/guia_tecnologia/materiais_basicos/materiais_inteligentes/index.shtml

Cerâmicas Piezoelétricas e Fluidos Reológicos

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=materiais-inteligentes-automoveis-mais-silenciosos&id=010170110321

Polímeros com Memória

http://www.tecnologiasdeultimogrito.com/materiais-que-se-auto-regeneram/

Titânio - Um Material do Presente

Titânio, do latim titans, da mitologia, na qual representa o primeiro filho de Gaia, Terra. O titânio foi descoberto em 1791 pelo reverendo inglês William Gregor; ele reconheceu a sua presença no minério de titânio conhecido como ilmenita e o denominou de menaquita. Mais tarde, em 1795, ele foi redescoberto no seu minério conhecido como rutilo, pelo alemão Martin Heinrich Klaproth, que o batizou de titânio. No entanto, o metal puro (99,99%) só foi preparado mais tarde por Matthew A. Hunter, aquecendo o cloreto de titânio, TiCl4, com sódio metálico num recipiente de aço, sob pressão (uma bomba de aço, entre 700-800 °C). O Ti é o único elemento que queima em nitrogênio. Quando está puro, ele é lustroso e de brilho metálico.

O metal era tido como uma curiosidade até que William Justin Kroll, em 1946, mostrou que ele podia ser obtido comercialmente pela redução do TiCl4 com magnésio metálico (processo Kroll). Esse método ainda é muito empregado hoje em dia. O metal pode ser purificado ainda mais pela decomposição térmica do seu iodeto. O Ti está presente em meteoritos, em espectros de estrelas e no Sol. Algumas rochas obtidas durante a missão lunar com a Apolo 17 mostraram a presença de 12,1% de Ti como TiO2; outras rochas, obtidas em outras missões Apolo anteriores a esta, mostram porcentagens menores. É o nono elemento em abundância na crosta terrestre (0,63 cg/g). Está quase sempre presente em rochas ígneas. Ocorre em minerais como rutilo, ilmenita, titanita (esfeno), anastásio, perovskita etc. e em muitos outros minérios. Seus compostos são encontrados em cinzas de carvão, em plantas e no corpo humano. Não há indícios de que o titânio seja tóxico ao ser humano; assim, por ser biocompatível, ele e suas ligas são usados em próteses diversas. A ilmenita, do qual é obtida a maior parte do titânio, é um minério preto composto de óxidos de ferro e titâno (FeTiO3). O rutilo é um óxido de titânio, TiO2, e dos três óxidos de titânio (rutilo, anatásio e brookita), ele é o mais abundante. Seus cristais são marrom-avermelhados ou vermelhos e são comercializados como pedras semipreciosas. O quartzo pode conter rutilo, formando lindos cristais de quartzo rutilados usados como jóias. Aqui no

Brasil, em Minas Gerais, podemos encontrar belos exemplares. O Titânio é forte como o ferro, mas é 45% mais leve. Por outro lado, ele é 60% mais pesado do que o alumínio, mas é cerca de duas vezes mais forte (mais resistente à deformação mecânica). As ligas de titânio com alumínio, ou molibdênio, ou manganês, ferro e outros metais como vanádio, têm grande interesse industrial. Elas são muito usadas principalmente em aeronaves e mísseis, quando deseja-se leveza e resistência às temperaturas extremas. Um Boeing 747 tem cerca de 43 t de ligas de titânio. O Airbus A330 contém cerca de 17 t destas ligas, e o modelo mais novo, o A787, cerca de 91 t.

A estátua de 45 m do memorial a Yuri Gagarin (primeiro homem a viajar no Espaço em órbita, lançado por um foguete russo) em Moscou, é feita de titânio por causa da sua cor atraente e sua importante relação com a indústria de foguetes. O uso de suas ligas em bijuterias, relógios, raquetes de tênis, laptops, bicicletas, óculos etc. está tornando-se cada vez mais freqüente.

Entre seus compostos, o de maior uso (95%) é o dióxido de titânio, TiO2, na fabricação de tintas para edificações e também nas de uso artístico (especialmente nas tintas brancas), não só pela sua estabilidade, como também pelo seu poder de cobertura. Encontra-se também em papéis, pastas de dente, plásticos etc. O TiCl4 tem sido usado para se “escrever no céu” com aviões e na fabricação de bombas de fumaça. Os países com as maiores reservas conhecidas de minérios de titânio são, em ordem decrescente: Austrália, África do Sul, Canadá, Noruega e Ucrânia, que juntos são responsáveis por ~86% das reservas conhecidas. O Brasil produz parte do dióxido de titânio que consome, mas importa cerca de 30% das suas necessidades aparentes. O metal em pó a 99,95% custa cerca de US$ 200/kg. O produto comercial em forma de esponja pode ser adquirido a cerca de US$ 10/kg. Desta esponja fundida em atmosfera inerte, produz-se lingotes, chapas etc. No comércio, esses produtos finais podem ser adquiridos a cerca de US$ 100/kg.

Fonte: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc23/a14.pdf

Aerogel - Um Material para o Futuro

Aerogel

A descoberta do aerogel começou com uma pequena brincadeira entre dois cientistas. Desafiado pelo colega Charles Learned, o engenheiro químico Steven Kistler apostou que conseguiria substituir a água existente em uma gelatina por algum gás, sem fazer com que o volume dela diminuísse.

O primeiro artigo de Kistler sobre o assunto foi publicado na revista Nature em 1931. Mas, infelizmente, o autor morreu pouco tempo antes de o mundo começar a se interessar pelo seu invento. Faz pelo menos 20 anos que o mundo começou a dar a devida atenção ao aerogel, que já foi utilizado até mesmo em missões espaciais.

Características do Aerogel

Quando olhamos para fotos e vídeos do aerogel, fica difícil não imaginar que aquele material tenha saído de um filme de ficção científica. Para começar, ele tem uma aparência translúcida, de cor um pouco azulada. Porém, se posicionado contra a luz, ele fica alaranjado. Além disso, o material pode ser manipulado para que se torne totalmente transparente.

Apesar do nome, o aerogel é bastante rígido. O material leva esse nome porque é feito a partir de géis, normalmente de sílica. Em um processo conhecido como secagem supercrítica, os cientistas conseguem extrair a porção líquida do gel, substituindo-a por gases.

Graças a esse processo, o aerogel ficou conhecido como um dos materiais menos densos e mais leves do mundo todo: 99,8% dele é composto de espaços que aparentam estar vazios, mas que estão repletos de ar.

Alta resistência

O aerogel possui uma estrutura muito forte, podendo aguentar até 4 mil vezes o seu próprio peso. Curiosamente, ao mesmo tempo o material pode ser facilmente quebrado. Ao pressionar um pedaço de aerogel com um pouco de firmeza, uma depressão será causada permanentemente na peça. Se for empregado um pouco mais de força, o aerogel pode se estilhaçar, como o vidro de um carro.

Absorção de líquidos

O aerogel é um dessecante muito forte, isto é, ele pode absorver água e outros líquidos em velocidade e quantidade espantosas. Quem trabalha com a manipulação desse material por períodos prolongados de tempo deve, inclusive, usar luvas, caso contrário, alguns pontos da pele acabam secos e quebradiços.

Depois de absorver água, a estrutura do aerogel sofre modificações e o material acaba se deteriorando. Porém, com o devido tratamento químico, o aerogel pode ser transformado em um material hidrofóbico, ou seja, que repele a água. Dessa forma, por mais que ele sofra algum tipo de rachadura, ele não será tão suscetível à absorção de líquidos.

Isolamento térmico

O aerogel impede que a flor seja queimada pela chama (Fonte da imagem: NASA - JPL)

Graças à sua composição, o aerogel praticamente anula os três métodos de condução de calor: condução (via sólidos), convecção (via fluídos) e radiação (por luz, por exemplo). Essa é uma das características mais importantes do material, que chega a ser 39 vezes mais isolante do que a melhor fibra de vidro térmica que existe atualmente.

A razão por trás dessa propriedade vem do fato de que o aerogel é composto, basicamente, por gases, e estes são conhecidos por possuírem baixa condutividade de calor. Na imagem acima, é possível ver como a chama do maçarico não chega a danificar a flor posicionada acima do aerogel.

É importante notar que, apesar de o aerogel ser normalmente feito com sílica gel, ele também pode ser produzido a partir de outras substâncias, como carbono e óxido de alumínio. A condutividade térmica, assim como as outras propriedades, varia de acordo com o material usado na fabricação do aerogel.

Usos práticos do aerogel

Comercialmente, o aerogel já foi utilizado como isolante térmico em claraboias e sacos de dormir usados por exércitos militares. Além disso, também serve como revestimento interno no solado de calçados usados para caminhar sobre a neve.

Pesquisas também indicam que, de acordo com o tratamento dispensado durante a produção do aerogel, ele pode ser utilizado para a limpeza de manchas de óleos em oceanos e outras águas.

A NASA chegou a usar o material para coletar poeira espacial com a sonda Stardust. Essas partículas evaporam quando se chocam contra sólidos e atravessam livremente nuvens de gases, mas puderam ser capturadas com o aerogel. Além disso, a agência norte-americana também usou o invento como isolante térmico no veículo Mars Rover e em trajes espaciais usados pelos astronautas.

Até mesmo a fabricante de raquetes Dunlop já usou o aerogel em alguns modelos desenvolvidos para tênis e squash. As possibilidades de uso continuam a ser promissoras e, no futuro, esse tipo de material poderá ser usado também para armazenar hidrogênio em veículos que usem esse tipo de gás para se locomover.

Outra aplicação do material diz respeito aos computadores. Com a diminuição do tamanho físico dos chips, os sinais que trafegam dentro deles podem acabar interferindo uns com os outros. Porém, o aerogel poderia ser usado como isolante entre esses diversos sinais. Dessa forma, os chips poderiam se tornar menores e ganhar mais desempenho.

SeaGel, um novo recordista!

Durante muito tempo, o aerogel foi considerado o sólido menos denso do mundo. Mas, recentemente, um novo recorde foi batido com um concorrente de pouco peso: o SeaGel, uma espécie de aerogel produzido a partir de ágar-ágar, substância gelatinosa extraída de algumas espécies de algas.

De acordo com vídeo acima, além de também funcionar como um isolante térmico e de ser ainda mais leve e menos denso do que o aerogel de sílica, o SeaGel guarda uma outra vantagem na manga: é comestível

Fonte:<http://www.tecmundo.com.br/11504-aerogel-material-leve-como-o-ar-e-forte-como-o-aco.htm>