QUE MATERIAL É 5% TÃO DENSO COMO O AÇO, MAS 10 VEZES MAIS FORTE?
Autor: SZTC
2024-10-11
Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) usou uma impressora 3D multimaterial para estudar um dos materiais leves mais fortes. Ao comprimir e derreter folhas de grafeno, eles criaram um material que é 5% mais denso que o aço e 10 vezes mais forte que o aço.
Ao comprimir as folhas de grafeno com calor e pressão, os pesquisadores obtiveram uma estrutura forte e estável que se parecia um pouco com um coral. Logo, os cientistas descobriram que era essa forma incomum, semelhante a um coral, que tornava o grafeno comprimido tão forte, e não as propriedades do material em si. Portanto, ao replicar esta forma 3D em outros materiais mais baratos, como o plástico, os cientistas podem obter uma resistência semelhante à do grafeno a um custo menor.
Quando a estrutura do grafeno foi comprimida ao seu limite, os pesquisadores descobriram que eles tinham um material incrivelmente forte, 5% mais denso que o aço, mas 10 vezes mais forte. Ao analisar o arranjo geométrico das folhas de grafeno comprimidas, os pesquisadores conseguiram reproduzir parcialmente esse material mais resistente com uma impressora 3D.
Com propriedades tão excelentes, o grafeno substituirá o aço?
A popularidade do grafeno está aumentando
Desde que o Dr. Constantine separou o grafeno do grafite com fita em 2004, o tópico do grafeno tem esquentado.
Nos últimos anos, a cobertura esmagadora de vários meios de comunicação finalmente empurrou o grafeno para a vanguarda do tópico - todas as indústrias médicas, imobiliárias, automobilísticas, de informática, de biologia e outras estão relacionadas a ele. Durante algum tempo, o grafeno quase se tornou sinônimo de tecnologia de ponta. Parece que se não for mencionada na publicidade externa, não é considerada uma indústria de alta tecnologia. Por que o grafeno é tão popular? Será que realmente se tornará o quarto maior material para a humanidade depois do “carvão, aço e silício”? Deixemos que o desenvolvimento da realidade nos dê a resposta.
O primeiro material composto por uma única camada de átomos
Os átomos de carbono estão conectados entre si em uma grade hexagonal. O grafite usado nos lápis equivale a inúmeras camadas de grafeno empilhadas, e os nanotubos de carbono são grafeno enrolado em um tubo.
Foto
Devido às características das ligações químicas entre os átomos de carbono, o grafeno é muito tenaz: pode ser dobrado em um grande ângulo sem quebrar e pode suportar altas pressões. Como existe apenas uma camada de átomos, o movimento dos elétrons é limitado a um plano, o que lhe confere novas propriedades elétricas. O grafeno é transparente sob luz visível, mas não é respirável. Essas características o tornam adequado como camada protetora e matéria-prima para produtos eletrônicos transparentes.
O surgimento do grafeno é nada menos que uma pequena revolução energética
A estrutura física especial do grafeno proporciona excelente condutividade elétrica e térmica, por isso é também o material com menor resistividade do mundo. Portanto, a densidade de energia das baterias feitas de grafeno chegará a 600Wh/kg, enquanto a bateria de lítio mais avançada é de apenas 180Wh/kg.
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Por exemplo, uma bateria de grafeno pode ser carregada por 5 minutos e falar por 24 horas.
Além disso, o peso das baterias de grafeno é um oitavo do peso das baterias de lítio tradicionais e a sua vida útil é duas vezes maior. Pense nos gargalos de desenvolvimento dos atuais celulares, veículos elétricos e outras indústrias...
No campo mais esperado do futuro – o campo da bioengenharia, o grafeno pode ser uma estrela para os humanos.
A Boise State University, nos Estados Unidos, publicou um artigo intitulado "Graphene Foam Provides a Three-Dimensional Platform for Myotube Growth", que estudou a aplicação da espuma de grafeno no tecido muscular. Os resultados mostram que a espuma de grafeno é adequada como material de suporte para o crescimento de tecido muscular funcional. O próprio grafeno é uma fina camada de carbono, por isso é considerado um material plano bidimensional, mas a espuma de grafeno é um grafeno 3D feito de grafeno.
Em última análise, os pesquisadores usaram as propriedades únicas do grafeno e da espuma de grafeno na regeneração de órgãos humanos. Estudos anteriores confirmaram que ossos e cartilagens podem crescer em espuma de grafeno, mas este é apenas o primeiro passo na compatibilidade da espuma de grafeno com o crescimento muscular.
Estrada, professor assistente da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Boise State University, disse: “Esperamos usar esses resultados para investigar as mudanças químicas básicas da vida e avançar para aplicações clínicas”. No futuro, através do novo material de espuma de grafeno, pode tornar-se uma chave para controlar os músculos, semelhante aos nervos que controlam os músculos, e pode não ser uma fantasia trazer benefícios aos deficientes.
Imagem
A luz é a coisa mais misteriosa e ninguém se curvará a uma nova forma de produzir luz.
Pesquisadores do MIT descobriram um processo semelhante ao estrondo sônico que ocorre quando um avião excede a velocidade do som: cargas elétricas que fluem através do grafeno podem, sob certas circunstâncias, exceder a velocidade lenta da luz, criando uma “explosão” de luz, um feixe de luz intenso e focado.
Esta nova forma de converter energia elétrica em radiação visível é altamente controlável, rápida e eficiente. Os pesquisadores dizem que isso pode levar a uma variedade de novas aplicações.
“O grafeno pode capturar luz através do que chamamos de plasmons de superfície”, disseram os pesquisadores. Plasmons são partículas virtuais que representam as oscilações dos elétrons da superfície. Esses plasmons viajam através do grafeno centenas de vezes mais devagar que a velocidade da luz no espaço livre." Essa propriedade também abre a possibilidade de o grafeno ter o efeito oposto: formar luz em vez de capturá-la.
Muitos estudos científicos nos mostraram as características surpreendentes do grafeno, mas há um porém.
Essas propriedades maravilhosas exigem uma qualidade de amostra muito alta. Para obter amostras de grafeno com as melhores propriedades elétricas e mecânicas, é necessário um método demorado, trabalhoso e caro: esfoliação mecânica - primeiro colar a fita no grafite e depois retirar manualmente o grafeno.
Alguns especialistas acreditam que a actual mania do grafeno é semelhante ao impulso de investimento na construção naval e na energia fotovoltaica no passado, reflectindo a especulação profundamente enraizada de empresas e governos. Um gestor empresarial de grafeno disse mesmo que isto se deve certamente à cegueira dos empresários, mas a maior parte é o impulso do PIB dos governos locais, e o risco de "bolha" por detrás dela não deve ser subestimado.
Ao comprimir as folhas de grafeno com calor e pressão, os pesquisadores obtiveram uma estrutura forte e estável que se parecia um pouco com um coral. Logo, os cientistas descobriram que era essa forma incomum, semelhante a um coral, que tornava o grafeno comprimido tão forte, e não as propriedades do material em si. Portanto, ao replicar esta forma 3D em outros materiais mais baratos, como o plástico, os cientistas podem obter uma resistência semelhante à do grafeno a um custo menor.
Quando a estrutura do grafeno foi comprimida ao seu limite, os pesquisadores descobriram que eles tinham um material incrivelmente forte, 5% mais denso que o aço, mas 10 vezes mais forte. Ao analisar o arranjo geométrico das folhas de grafeno comprimidas, os pesquisadores conseguiram reproduzir parcialmente esse material mais resistente com uma impressora 3D.
Com propriedades tão excelentes, o grafeno substituirá o aço?
A popularidade do grafeno está aumentando
Desde que o Dr. Constantine separou o grafeno do grafite com fita em 2004, o tópico do grafeno tem esquentado.
Nos últimos anos, a cobertura esmagadora de vários meios de comunicação finalmente empurrou o grafeno para a vanguarda do tópico - todas as indústrias médicas, imobiliárias, automobilísticas, de informática, de biologia e outras estão relacionadas a ele. Durante algum tempo, o grafeno quase se tornou sinônimo de tecnologia de ponta. Parece que se não for mencionada na publicidade externa, não é considerada uma indústria de alta tecnologia. Por que o grafeno é tão popular? Será que realmente se tornará o quarto maior material para a humanidade depois do “carvão, aço e silício”? Deixemos que o desenvolvimento da realidade nos dê a resposta.
O primeiro material composto por uma única camada de átomos
Os átomos de carbono estão conectados entre si em uma grade hexagonal. O grafite usado nos lápis equivale a inúmeras camadas de grafeno empilhadas, e os nanotubos de carbono são grafeno enrolado em um tubo.
Foto
Devido às características das ligações químicas entre os átomos de carbono, o grafeno é muito tenaz: pode ser dobrado em um grande ângulo sem quebrar e pode suportar altas pressões. Como existe apenas uma camada de átomos, o movimento dos elétrons é limitado a um plano, o que lhe confere novas propriedades elétricas. O grafeno é transparente sob luz visível, mas não é respirável. Essas características o tornam adequado como camada protetora e matéria-prima para produtos eletrônicos transparentes.
O surgimento do grafeno é nada menos que uma pequena revolução energética
A estrutura física especial do grafeno proporciona excelente condutividade elétrica e térmica, por isso é também o material com menor resistividade do mundo. Portanto, a densidade de energia das baterias feitas de grafeno chegará a 600Wh/kg, enquanto a bateria de lítio mais avançada é de apenas 180Wh/kg.
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Por exemplo, uma bateria de grafeno pode ser carregada por 5 minutos e falar por 24 horas.
Além disso, o peso das baterias de grafeno é um oitavo do peso das baterias de lítio tradicionais e a sua vida útil é duas vezes maior. Pense nos gargalos de desenvolvimento dos atuais celulares, veículos elétricos e outras indústrias...
No campo mais esperado do futuro – o campo da bioengenharia, o grafeno pode ser uma estrela para os humanos.
A Boise State University, nos Estados Unidos, publicou um artigo intitulado "Graphene Foam Provides a Three-Dimensional Platform for Myotube Growth", que estudou a aplicação da espuma de grafeno no tecido muscular. Os resultados mostram que a espuma de grafeno é adequada como material de suporte para o crescimento de tecido muscular funcional. O próprio grafeno é uma fina camada de carbono, por isso é considerado um material plano bidimensional, mas a espuma de grafeno é um grafeno 3D feito de grafeno.
Em última análise, os pesquisadores usaram as propriedades únicas do grafeno e da espuma de grafeno na regeneração de órgãos humanos. Estudos anteriores confirmaram que ossos e cartilagens podem crescer em espuma de grafeno, mas este é apenas o primeiro passo na compatibilidade da espuma de grafeno com o crescimento muscular.
Estrada, professor assistente da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Boise State University, disse: “Esperamos usar esses resultados para investigar as mudanças químicas básicas da vida e avançar para aplicações clínicas”. No futuro, através do novo material de espuma de grafeno, pode tornar-se uma chave para controlar os músculos, semelhante aos nervos que controlam os músculos, e pode não ser uma fantasia trazer benefícios aos deficientes.
Imagem
A luz é a coisa mais misteriosa e ninguém se curvará a uma nova forma de produzir luz.
Pesquisadores do MIT descobriram um processo semelhante ao estrondo sônico que ocorre quando um avião excede a velocidade do som: cargas elétricas que fluem através do grafeno podem, sob certas circunstâncias, exceder a velocidade lenta da luz, criando uma “explosão” de luz, um feixe de luz intenso e focado.
Esta nova forma de converter energia elétrica em radiação visível é altamente controlável, rápida e eficiente. Os pesquisadores dizem que isso pode levar a uma variedade de novas aplicações.
“O grafeno pode capturar luz através do que chamamos de plasmons de superfície”, disseram os pesquisadores. Plasmons são partículas virtuais que representam as oscilações dos elétrons da superfície. Esses plasmons viajam através do grafeno centenas de vezes mais devagar que a velocidade da luz no espaço livre." Essa propriedade também abre a possibilidade de o grafeno ter o efeito oposto: formar luz em vez de capturá-la.
Muitos estudos científicos nos mostraram as características surpreendentes do grafeno, mas há um porém.
Essas propriedades maravilhosas exigem uma qualidade de amostra muito alta. Para obter amostras de grafeno com as melhores propriedades elétricas e mecânicas, é necessário um método demorado, trabalhoso e caro: esfoliação mecânica - primeiro colar a fita no grafite e depois retirar manualmente o grafeno.
Alguns especialistas acreditam que a actual mania do grafeno é semelhante ao impulso de investimento na construção naval e na energia fotovoltaica no passado, reflectindo a especulação profundamente enraizada de empresas e governos. Um gestor empresarial de grafeno disse mesmo que isto se deve certamente à cegueira dos empresários, mas a maior parte é o impulso do PIB dos governos locais, e o risco de "bolha" por detrás dela não deve ser subestimado.
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