Estudo Viabiliza Uso de Nanotubos de Carbono em Estruturas Aeroespaciais
Olá leitor!
Segue abaixo uma pequena matéria postada hoje (20/02) no site da “Agência
FAPESP” destacando que estudo de pesquisadores da Rice University em Houston,
nos Estados Unidos, em colaboração com colegas da Universidade Estadual de
Campinas (Unicamp) e as Federais do Rio Grande do Norte (UFRN) e do ABC (UFABC), viabiliza uso de Nanotubos de Carbono
em estruturas aeroespaciais.
Duda Falcão
Notícias
Estudo Viabiliza Uso de Nanotubos de
Carbono em Estruturas Aeroespaciais
Elton Alisson
Agência FAPESP
20 de fevereiro de 2017
(Imagem: Arquivo do Pesquisador)
Pesquisadores brasileiros em colaboração com colegas
dos
Estados Unidos tornam o material mais resistente
para utilização em satélites e
naves espaciais.
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Os satélites e as naves espaciais estão sob o risco constante de
serem atingidos por projéteis destrutivos, como micrometeoritos e detritos
orbitais. A fim de minimizar os danos causados por um eventual choque de
partículas nessas estruturas, os engenheiros têm buscado materiais alternativos
aos metais e ligas metálicas utilizados hoje na indústria aeroespacial que
sejam, ao mesmo tempo, leves, flexíveis e resistentes aos impactos causados por
projéteis de alta velocidade.
Um estudo realizado por pesquisadores da Rice University em
Houston, nos Estados Unidos, em colaboração com colegas da Universidade
Estadual de Campinas (Unicamp) e as Federais do Rio Grande do Norte (UFRN) e do
ABC (UFABC) demonstrou que nanotubos de carbono – folhas de grafeno enroladas
de modo a formar uma peça cilíndrica como um canudo de refrigerante com
diâmetro equivalente à bilionésima parte do metro – podem ser uma solução para
tornar as estruturas aeroespaciais mais resistentes.
Resultado de pesquisas de pós-doutorado realizadas com Bolsa da FAPESP e no âmbito do Centro de Pesquisa em Engenharia e Ciências
Computacionais –
um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela
Fundação –, o estudo foi publicado na revista Applied Materials & Interfaces.
“Conseguimos analisar como os nanotubos de carbono fraturam em
escala nanométrica e, a partir dessa análise, desenvolver um processo que
permite torná-los ainda mais resistentes para aplicações em estruturas aeroespaciais”,
disse Douglas Soares Galvão, professor do Instituto de Física Gleb Wataghin da
Unicamp e um dos autores do estudo, à Agência FAPESP.
Os pesquisadores estudaram a quebra de nanotubos de carbono ao
sofrerem um impacto em diferentes velocidades.
Para isso, utilizaram um canhão balístico hipersônico da Nasa, a
agência espacial norte-americana, instalado na Rice University, capaz de
disparar pequenas partículas a velocidades muito superiores à do som.
“O canhão foi projetado pela NASA para estudar os efeitos a longo
prazo do choque de micropartículas com coletores de energia solar e outras
partes da Estação Espacial Internacional”, explicou Galvão.
A fim de avaliar como os nanotubos de carbono quebram durante um
impacto em alta velocidade, os pesquisadores moldaram pelotas do material, que
foram disparadas contra um alvo de alumínio pelo canhão balístico hipersônico
em três diferentes velocidades.
As análises dos resultados do impacto do material na placa
metálica, por microscopia eletrônica, indicaram que a uma velocidade
considerada baixa, de 3,9 quilômetros por segundo, um grande número de
nanotubos permaneceu intacto ao se chocar uns com os outros.
Alguns resistiram a uma velocidade de 5,2 quilômetros por segundo.
Mas muito poucos nanotubos foram encontrados em amostras que quebraram a uma
velocidade de 6,9 quilômetros por segundo.
Estruturas Diferentes
Ao analisar a estrutura dos nanotubos, os pesquisadores observaram
que os impactos sob alta energia e velocidade desencadearam ligações atômicas nos
nanotubos ao quebrar e que, às vezes, se recombinaram em estruturas diferentes.
Muitos deles dividiram-se em nanofitas após o choque. E outros
apresentaram uma abertura como se tivessem sido cortados por uma “faca” na
direção longitudinal.
“Esperávamos que durante o impacto em alta velocidade os nanotubos
de carbono fraturassem mais do que abrissem. E o que observamos em nossas
simulações e nos testes é que, dependendo da condição do impacto, o material
sofre uma pressão tão grande e instantânea que não dá tempo para que frature; o
nanotubo abre longitudinalmente”, explicou Galvão.
Os pesquisadores também observaram que, às vezes, a temperatura e
pressão no local onde os nanotubos de carbono sofrem a fratura é tão alta que
causa a produção de nanodiamantes.
E os poucos nanotubos e nanofitas que resistiram ao impacto nas
velocidades mais altas frequentemente se soldaram, como foi possível observar
em imagens de microscópio eletrônico de transmissão.
“A partir dessa constatação, desenvolvemos uma técnica por meio da
qual ao passarmos uma corrente elétrica bem alta e rápida nos nanotubos eles se
fundem localmente. Com isso é possível obter um material bem mais resistente do
ponto de vista mecânico, que pode ter aplicações na indústria aeroespacial”,
apontou Galvão. “O que aprendemos com a quebra dos nanotubos de carbono,
estamos usando agora para reforçar esse material”, avaliou.
De acordo com o pesquisador, apesar de ainda não serem usados em
estruturas aeroespaciais, os nanotubos de carbono têm sido utilizados em
compósitos – combinação de dois tipos de materiais – nas asas e outras partes
de aviões de passageiros.
Alguns dos fatores que têm limitado a aplicação desse material na
própria indústria da aviação, contudo, são o alto custo e o baixo conhecimento
sobre a interface de compósitos em escala nanométrica.
“Uma fabricante de aeronaves que pretendia utilizar compósitos
feitos com nanotubos de carbono na estrutura do avião, com o objetivo de
diminuir o peso e aumentar um pouco a condutividade na cabine, enfrentou muitos
problemas na fase de projeto e teve grandes prejuízos. Ainda há muito o que
aprender sobre a aplicação de nacompósitos em aeronaves”, afirmou Galvão.
Os vídeos das simulações feitas pelos pesquisadores de como os
nanotubos se deformam quando disparados contra o alvo metálico e da interação
entre dois nanotubos durante o impacto podem ser visualizados em youtu.be/aOYHWaD27xE e youtu.be/9H3DOmIzoCI.
E o artigo “Ballistic fracturing of carbon nanotubes” (doi: 10.1021/acsami.6b07547), de
Galvão e outros, pode ser lido por assinantes da revista Applied Materials &
Interfaces em pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b07547.
Fonte: Site da Agência FAPESP
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