Madreprola artificial finalmente pronta para usos prticos

Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 24/04/2025

Bom, mas difcil de reproduzir

O ncar, ou madreprola, o material que estrutura a camada protetora das conchas dos moluscos, tem servido de inspirao para criao de novos materiais h bastante tempo.

E no por acaso, j que o ncar um nanocompsito natural, com propriedades mecnicas excepcionais, tanto por sua alta resistncia quanto por sua tenacidade, o que o torna promissor em inmeras reas, como compsitos estruturais leves e equipamentos de proteo.

Agora, Yu-Jie Lu e colegas da Universidade de Cincia e Tecnologia da China superaram vrios desafios para tornar o uso prtico do ncar uma realidade. At agora, vinha sendo difcil desenvolver um mtodo eficiente de fabricao de um compsito sinttico inspirado no ncar, alm do que as amostras eram pequenas e flexveis.

Madreprola artificial

A equipe desenvolveu uma estratgia para a preparao de compsitos cermicos-metlicos semelhantes a ncar usando microesferas de alumina (Al₂O₃) deformveis revestidas com sal de nquel. O material apresentou uma excelente resistncia flexo e fratura, podendo ser produzido em massa em diversos formatos por meio de tcnicas simples.

Tudo comea com a sintetizao das microesferas de alumina, o que foi feito por meio da emulsificao de uma pasta cermica e solventes orgnicos. necessrio peneirar o material, para que as microesferas apresentem dimenses uniformes, e a seguir revesti-las com uma camada de sal de nquel.

Finalmente, por meio de prensagem a quente, as microesferas so achatadas em placas, o que faz com que a camada de nquel forme uma estrutura compartimentada, replicando com preciso a microestrutura de “tijolo e barro” do ncar natural.

Diagrama esquemtico do processo de preparao das cermicas semelhantes ao ncar.
[Imagem: Yu-Jie Lu et al. – 10.1093/nsr/nwaf006]

Cermicas biomimticas

Parece simples – e o mtodo de fabricao realmente muito simples – mas esse ncar sinttico apresenta otimizaes em todas as escalas. Na macroescala, camadas de cermica de alumina se alternam com camadas de nquel, enquanto na microescala partculas de nquel penetram na camada cermica para aumentar a tenacidade, sem perda na juno entre elas.

Alm disso, quando as cermicas biomimticas so submetidas a foras alm da sua resistncia, as rachaduras se desviam ao longo da interface cermica-metal, evitando falhas catastrficas por dissipao de energia. Isso torna o material altamente adequado para aplicaes em ambientes extremos, como proteo trmica aeroespacial e revestimentos de proteo contra impactos de alta velocidade.

Essa otimizao permitiu alcanar uma resistncia flexo de 386 MPa temperatura ambiente e 286,86 MPa a 600 C. A tenacidade fratura chegou a 12,76 MPa.m^1/2 (temperatura ambiente) e 12,99 MPa.m^1/2 (600 C).

Como os moldes usados na prensagem podem ter qualquer formato, essa tcnica permite a preparao completa de grandes cermicas de formas irregulares.

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