Criado tecido indito feito inteiramente de cristais

Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 07/12/2023

Cristais orgnicos

A tecelagem um dos ofcios mais antigos conhecidos pela humanidade, mas os tecidos tm historicamente sido feitos a partir de fibras amorfas, vegetais ou animais. Mas que tal fazer tecidos de cristais?

Esta foi a ideia de Linfeng Lan e colegas da Universidade de Nova York de Abu Dhabi, nos Emirados rabes Unidos.

No parece uma boa ideia a princpio, j que os cristais so conhecidos por serem materiais rgidos e quebradios, mas uma classe especial deles, os cristais orgnicos, pode assumir propriedades elsticas extraordinrias se forem fabricados nas dimenses adequadas.

Quando os cristais orgnicos tm a proporo de aspecto apropriada, eles se tornam extremamente versteis, podendo ser dobrados, enrolados ou torcidos. Acredita-se que essa flexibilidade contra-intuitiva esteja associada com as fracas interaes intermoleculares dos cristais orgnicos, que podem suportar grandes tenses sem fraturar.

Cristais orgnicos so aqueles formados por molculas contendo carbono e hidrognio, e isso inclui desde os cristais lquidos usados nas telas, at alguns plsticos (nem todos os polmeros so cristais orgnicos) e mesmo o diamante, que formado s de carbono. Mas claro que no vivel fabricar estruturas unidimensionais com qualquer um deles, j que a tecelagem tipicamente requer coisas ao menos similares a fios.

Para demonstrar que valia a pena apostar na construo de tecidos cristalinos, a equipe no foi muito seletiva, escolhendo quatro compostos qumicos de diferentes tipos – composies qumicas no relacionadas – que formam estruturas cristalinas. E deu certo.

Como qualquer tecido, os tecidos cristalinos podem ser fabricados em diversas tramas – e ficam flexveis como malha, sarja e at cetim.
[Imagem: Linfeng Lan et al. – 10.1038/s41467-023-43084-7]

Tecido cristalino

Como os cristais orgnicos escolhidos geraram fios inerentemente flexveis, os pesquisadores descobriram que os tecidos no so apenas leves como malhas ou cetim, mas tambm robustos ao impacto mecnico: Eles so mais de 15 vezes mais resistentes falha em comparao com os cristais individuais, refletindo a ao coletiva das unidades moleculares unidimensionais em resposta flexo ou outros impactos.

Alm disso, esta forma nica e indita de txtil cristalino gerou estruturas planares flexveis e integradas que so incrivelmente fortes – cerca de 20 vezes mais fortes do que os cristais originais – e resistentes a baixas temperaturas.

Os pesquisadores tambm relatam que a estabilidade trmica do novo tecido cristalino outra vantagem impressionante dos cristais flexveis. Embora a estabilidade trmica dependa dos cristais reais usados na tecelagem, os panos construdos com alguns desses cristais permanecem flexveis em uma faixa de temperatura de cerca de 350 C (entre -196 e 150 C), o que mais do que muitos polmeros ou elastmeros, que normalmente se tornam quebradios abaixo da temperatura de transio vtrea.

Como esperado, o tecido de cristais mantm-se opticamente transmissivo, abrindo a possibilidade de us-lo para construir redes de guias de ondas pticas que podem realizar operaes lgicas por excitao seletiva a laser dos cristais componentes – os pesquisadores demonstraram essa caracterstica na prtica, criando arranjos pticos de cristais tecidos que executam funes lgicas simples.

As propriedades pticas e mecnicas dos tecidos de cristais abrem inmeras possibilidades de aplicao.
[Imagem: Linfeng Lan et al. – 10.1038/s41467-023-43084-7]

Mltiplas aplicaes

Os resultados foram melhores do que o esperado, o que faz a equipe acenar com uma srie de aplicaes potenciais interessantes para os tecidos cristalinos.

Alm da eletrnica flexvel, que pode ir de sensores a matrizes pticas e at processadores simples, como o demonstrado pela equipe, as caractersticas do material o tornam capaz de resistir a condies extremas, como as baixas temperaturas encontradas na explorao espacial.

“At recentemente, os cristais orgnicos eram considerados rgidos e frgeis; no entanto, a constatao de que eles podem ter propriedades elsticas extraordinrias mudou esse paradigma, no s acrescentando uma nova faceta ao seu conjunto nico de propriedades, mas tambm revelando uma nova direo inexplorada na cincia dos materiais. Nosso novo conceito de uso de cristais como base para um tecido abre uma gama interessante de oportunidades para combinar esses cristais tecidos com outros materiais para um nmero incontvel de aplicaes tecnolgicas,” disse o professor Pance Naumov.

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