Engenheiros descobrem novo material forte, leve e não cortável

Os engenheiros se inspiraram em cascas e toranjas para criar o que eles dizem ser o primeiro material não cortável fabricado.

Esse novo material, que pode ser usado para indústria de segurança e saúde, pode reverter a força de uma ferramenta de corte. O material leve - denominado Proteus em homenagem ao deus mítico que muda de forma - é feito de esferas de cerâmica envolvidas em uma estrutura celular de alumínio que, em testes, não podia ser cortada por rebarbadoras, brocas ou jatos de água de alta pressão.

Uma equipe de pesquisa internacional, liderada pela Universidade de Durham, no Reino Unido, e pelo Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU, em Chemnitz, na Alemanha, teve a ideia do novo material a partir da pele celular resistente da toranja e das cascas de moluscos resistentes a fraturas.

As criaturas marinhas Abalone são feitas a partir de ladrilhos interligados a um material biopolímero que os torna resistentes a fraturas. Para resistir às ferramentas de entrada mais violentas, materiais orgânicos, como telhas de aragonita - encontrados em conchas de moluscos - foram substituídos no novo material por industriais, cerâmicas de alumina e uma matriz de espuma metálica de alumínio.

O novo material é forte, leve e não cortável. Os pesquisadores dizem que ele pode ser usado para fazer bloqueios de bicicleta, armaduras leves e equipamentos de proteção para pessoas que trabalham com ferramentas de corte.


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Os resultados foram publicados na revista Scientific Reports. O novo sistema de materiais é dinâmico, com uma estrutura interna em evolução que cria movimento de alta velocidade, onde interage com as ferramentas de corte. A resposta dinâmica é mais semelhante às estruturas vivas.

O material é feito de uma estrutura celular de alumínio envolvida em esferas de cerâmica e isso tem um efeito duplamente destrutivo nas ferramentas de corte. Quando cortadas com uma rebarbadora ou broca, as vibrações criadas pelas esferas de cerâmica no interior da caixa embotam o disco de corte ou a broca.

A interação entre o disco e a esfera de cerâmica cria uma conexão vibratória intertravada que resiste indefinidamente à ferramenta de corte.

A lâmina é gradualmente corroída e, eventualmente, torna-se ineficaz à medida que a força e a energia do disco ou da broca se voltam para si mesma e é enfraquecida e destruída por seu próprio ataque.

Além disso, a cerâmica se fragmenta em partículas finas, que preenchem a estrutura celular do material e endurecem à medida que a velocidade da ferramenta de corte é aumentada devido às forças interatômicas entre os grãos de cerâmica. Dessa maneira, a natureza adaptativa do material repele ainda mais qualquer ataque.

Os jatos de água também foram considerados ineficazes porque as superfícies curvas das esferas de cerâmica ampliam o jato, o que reduz substancialmente sua velocidade e enfraquece sua capacidade de corte.

“Ficamos intrigados com a forma como a estrutura celular da toranja e a estrutura de azulejos das conchas de moluscos podem impedir danos aos frutos ou as criaturas dentro, apesar de serem feitas de blocos de construção orgânicos relativamente fracos”, disse o principal autor da pesquisa, Dr. Stefan Szyniszewski, professor assistente de Mecânica Aplicada, no Departamento de Engenharia da Universidade de Durham. “Essas estruturas naturais informaram o princípio de funcionamento do nosso material metálico-cerâmico, que é baseado na interação dinâmica com a carga aplicada, em contraste com a resistência passiva”, complementou.

O pesquisador Szyniszewski disse ainda que cortar o novo material material seria como cortar uma “geleia cheia de pepitas”. “Se você passar pela geleia, baterá nas pepitas e o material vibrará de forma a destruir o disco de corte ou a broca”.

“A cerâmica incorporada neste material flexível também é feita de partículas muito finas que endurecem e resistem à rebarbadora ou broca quando você corta em alta velocidade da mesma maneira que um saco de areia resistiria e parava uma bala em alta velocidade. [...] Esse material pode ter muitas aplicações úteis e interessantes nas indústrias de proteção e segurança. De fato, não temos conhecimento de nenhum outro material não cortável fabricado existente a partir de agora”, explicou.

A coautora do estudo, Dra. Miranda Anderson, do Departamento de Filosofia da Universidade de Stirling, disse: “Como a resistência bem-sucedida de nosso sistema material exige que ele sofra transformações internas, escolhemos o nome Proteus. [...] Em 1605, Francis Bacon comparou materiais naturais com Proteus, que 'sempre mudou de forma' e argumentou que, através da experimentação, podemos revelar as qualidades metamórficas dos materiais".

Os pesquisadores têm uma patente pendente para sua tecnologia de materiais e esperam trabalhar com parceiros do setor para que possam ser desenvolvidos em produtos para o mercado.




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