Um novo material quase sem peso, composto principalmente de ar, mostrou-se capaz de suportar e proteger contra algumas das temperaturas mais extremas experimentadas em ambientes industriais e aeroespaciais.
Ele suportou ser aquecido a 900° C e depois rapidamente resfriado a -198° C em vários ciclos, virtualmente sem degradação, afirmam Xiang Xu e seus colegas da Universidade da Califórnia em Los Angeles.
Este novo aerogel de cerâmica alcançou esse desempenho ao ser fabricado com propriedades exóticas, como um “duplo índice negativo” – aerogéis são materiais compostos principalmente de ar contido dentro de uma rede porosa de um meio sólido, como cerâmica, metal ou carbono.
Leve, forte e isolante térmico
Há grande expectativa em usar os aerogéis em aplicações extremas, como os protetores térmicos dos veículos espaciais durante a entrada em uma atmosfera ou o nariz de veículos hipersônicos.
Para isso, eles devem ser ultraleves, mecanicamente resistentes e excelentes isolantes térmicos – o que, diga-se de passagem, é uma combinação difícil de obter.
Por exemplo, os aerogéis de materiais cerâmicos típicos, como sílica, alumina e carbureto de silício, são quebradiços e frágeis, especialmente em altas temperaturas ou sob um choque térmico abrupto. Estratégias para lidar com a fragilidade desses aerogéis cerâmicos frequentemente têm resultado na degradação de outras propriedades, como uma perda na capacidade de isolamento térmico.
Xu e seus colegas lidaram com essas deficiências usando folhas atomicamente finas de nitreto de boro hexagonal (h-BN). Ao projetar cuidadosamente a microestrutura do aerogel cerâmico – uma arquitetura 3D feita a partir de um material 2D -, eles conseguiram obter tanto um coeficiente negativo de Poisson (uma medida da tendência de um material de se projetar para fora quando comprimido) quanto um coeficiente de expansão térmica negativo.
O aerogel protegeu a flor do calor da chama por vários minutos. [Imagem: Xiang Xu et al. – 10.1126/science.aav7304]
Estresse termal
Para avaliar as capacidades mecânicas e térmicas do material, os pesquisadores realizaram uma série de testes, incluindo o aquecimento do aerogel a 900° C e, em seguida, rapidamente resfriando-o a -198° C, repetidamente e a uma taxa de 275° C por segundo. O material suportou incólume.
A equipe também avaliou o efeito do estresse de temperatura a longo prazo, expondo o material a temperaturas próximas de 1.500° C no vácuo. De acordo com os resultados, o aerogel permaneceu praticamente inalterado, com perda de menos de 1% de sua resistência após todos os testes.
Finalmente, o material pode ser comprimido a apenas 5% de seu volume e retornar totalmente às dimensões originais.
Fonte:
Inovação Tecnológica
