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Jun 01, 2023

Cientistas criam novo material cinco vezes mais leve e quatro vezes mais forte que o aço

Materiais fortes e leves podem melhorar tudo, desde carros a aviões e equipamentos médicos. Agora, os pesquisadores criaram um material extraordinariamente forte com muito baixo

Materiais fortes e leves podem melhorar tudo, desde carros a aviões e equipamentos médicos. Agora, os investigadores criaram um material extraordinariamente forte com densidade muito baixa – utilizando dois blocos de construção improváveis: ADN e vidro.

“Para a densidade dada, o nosso material é o mais forte conhecido”, de acordo com Seok-Woo Lee, da Universidade de Connecticut, que fez parceria com colegas da Universidade de Columbia e do Laboratório Nacional de Brookhaven.

“Sou um grande fã dos filmes do Homem de Ferro”, refletiu o cientista de nanomateriais Oleg Gang. “Sempre me perguntei como criar uma armadura melhor para o Homem de Ferro. Deve ser muito leve para ele voar mais rápido. Deve ser muito forte para protegê-lo dos ataques dos inimigos.

“Nosso novo material é cinco vezes mais leve, mas quatro vezes mais resistente que o aço.”

Alguns metais, como o titânio, são mais fortes e mais leves que o ferro. Certas ligas são ainda mais fortes – permitindo armaduras leves, melhores dispositivos médicos e carros e aviões mais seguros e rápidos. As técnicas metalúrgicas atingiram um limite nos últimos anos, até que os nanomateriais desencadearam oportunidades criativas.

Os colegas relataram na Cell Reports Physical Science que, ao construir uma estrutura a partir de DNA e depois revesti-la com vidro, criaram um material muito forte com densidade muito baixa. O vidro pode parecer uma escolha surpreendente, pois quebra facilmente. No entanto, o vidro geralmente quebra devido a uma falha – como uma rachadura, um arranhão ou falta de átomos – em sua estrutura. Um centímetro cúbico de vidro impecável pode suportar 10 toneladas de pressão, mais de três vezes a pressão que implodiu o submersível Oceangate Titan perto do Titanic neste verão.

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Segundo a UCONN News, é muito difícil criar um grande pedaço de vidro sem falhas. Mas os pesquisadores sabiam como fazer peças muito pequenas e perfeitas. Contanto que o vidro tenha menos de um micrômetro de espessura, quase sempre é perfeito. E como a densidade do vidro é muito menor que a dos metais e da cerâmica, quaisquer estruturas feitas de vidro nanométrico impecável devem ser fortes e leves.

A equipe criou uma estrutura de DNA automontável. Quase como Magnatiles, pedaços de DNA de comprimentos e química específicos se uniram em um esqueleto do material. Imagine a estrutura de uma casa ou edifício, mas feita de DNA.

Gang e Aaron Mickelson, do Centro de Nanomateriais Funcionais de Columbia e Brookhaven, revestiram o DNA com uma camada muito fina de material semelhante a vidro, com apenas algumas centenas de átomos de espessura. O vidro apenas cobriu os filamentos de DNA, deixando uma grande parte do volume material como espaço vazio, muito parecido com os quartos de uma casa ou edifício. O esqueleto do DNA, como um andaime, reforçou o revestimento fino e perfeito do vidro, tornando o material muito forte – com os vazios compreendendo a maior parte do volume do material, ele se tornou leve.

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Como resultado, a estrutura da nanorede de vidro criou uma combinação de resistência e leveza que nunca foi alcançada antes.

“A capacidade de criar nanomateriais de estrutura 3D projetados usando DNA e mineralizá-los abre enormes oportunidades para a engenharia de propriedades mecânicas.” Gang explicou em um comunicado da UConn News.

Mas ainda é necessário muito trabalho de pesquisa. A equipe está atualmente trabalhando com a mesma estrutura de DNA, mas substituindo o vidro por cerâmicas de metal duro ainda mais fortes. Eles planejam experimentar diferentes estruturas de DNA para ver qual torna o material mais forte.

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Lee acredita que a nanoarquitetura de origami de DNA abrirá um novo caminho para criar materiais mais leves e mais fortes que nunca imaginamos antes.