Material mais leve do mundo é criado

Este é mais um recorde da tecnologia: o material mais leve já construído. Cientistas da Universidade Kiel e da Universidade de Tecnologia de Hamburgo, ambas na Alemanha, anunciaram a criação do aerografite, uma rede porosa de tubos de carbonos que é entrelaçada tridimensionalmente na escala nano e micro. E é o material mais leve do mundo, pesando somente 0,2 miligramas por cm³. Com esta densidade, o aerografite é 75 vezes mais leve que o isopor. Além disso, o material é muito forte.

Propriedades

O aerografite é negro e estável, condutor elétrico, dúctil e opaco. Com todas estas propriedades e a baixa densidade, o aerografite derrota qualquer material similar.

A sua baixa densidade faz com que ele seja quatro vezes mais leve que o último recordista em “material mais leve”, um feito de níquel que foi apresentado ao público não mais que seis meses antes do anúncio do aerografite, também constituído de minúsculos tubos. Só que o níquel tem uma massa atômica maior que o carbono, e o aerografite foi feito com tubos de paredes porosas, o que o torna ainda mais leve.

Apesar de seu baixo peso, o aerografite é muito resistente. Normalmente, os materiais leves suportam bem a compressão, mas não a tensão. O aerografite, por outro lado, tem excelente performance, tanto na compressão quanto na tensão. Ele pode ser comprimido até 95% e ainda voltar à sua forma original, sem nenhum dano. E até um certo ponto, ele se torna mais sólido e mais forte que antes – outros materiais se tornam mais fracos e menos estáveis ao serem sujeitos a um esforço destes.

Por ser completamente negro, ele também absorve raios de luz quase que completamente. Nos dizeres do professor Karl Schulte, “dá para dizer que criamos o negro mais negro”.

A construção

Você pode pensar na construção do aerografite como uma hera ou outra planta trepadeira crescendo em torno de uma árvore. Quando a estrutura está pronta, você retira a árvore.

O processo de construção do aerografite é assim, e sua “árvore” é chamada de “padrão de sacrifício”, um meio para um fim.

Para fazer a rede, pó de óxido de zinco é aquecido a 900°C, o que faz com que ele se transforme em um cristal. Deste material é feita uma espécie de “pílula”, contendo micro e nanoestruturas de óxido de zinco, chamadas de tetrápodes. Estas se entrelaçam e formam uma entidade estável de partículas que formam a pílula porosa. Desta forma, os tetrápodes produzem a rede que é a base do aerografite.

O próximo passo é eliminar o óxido de zinco, deixando no seu lugar a rede de filamentos de carbono. A pílula é posicionada dentro de um reator para deposição de vapor químico, e aquecido a 760°C. Com uma atmosfera enriquecida com carbono nesta temperatura, o óxido de zinco recebe uma cobertura de carbono com apenas algumas pequenas camadas atômicas de espessura.

Está formada a estrutura da rede entrelaçada do aerografite. Simultaneamente, é introduzido hidrogênio. Ele reage com o oxigênio do zinco, produzindo um jato de vapor e gás de zinco, fazendo desaparecer a estrutura original. Sobra o esqueleto de carbono. Os cientistas notaram que quanto mais rápido o zinco é retirado, mais porosa é a estrutura tubular, e mais leve o material. O processo de formação do padrão e o processo de separação estão sendo constantemente ajustados, para alterar as características do aerografite.

A aplicação

O aerografite reúne algumas características únicas. Ele é muito leve e condutor, o que o torna ideal para a construção dos eletrodos de baterias de íon de lítio. Isto fará com que menos eletrólito seja necessário, o que vai reduzir também o peso da bateria. Baterias mais leves poderiam tornar mais econômicos os carros elétricos e e-bikes, por exemplo. O material contribuiria para o desenvolvimento de meios de transporte mais “verdes”.

Outra área de aplicação é a produção de materiais sintéticos com condutividade elétrica alterada. Seria possível um plástico condutivo, sem aumentar o peso do mesmo. Isto acabaria com os problemas de eletricidade estática que afetam muitas pessoas.

A ciência também tem muito a ganhar com o material. Depois do anúncio do desenvolvimento do aerografite, cientistas de várias áreas de pesquisa estão com o cérebro fervendo com ideias. Uma outra possibilidade poderia ser o uso em eletrônica embarcada de aviões e satélites, que são aplicações que tem que suportar muita vibração.

O material também promete ajudar na purificação de água. Ele pode agir como absorvente de poluentes persistentes na água, oxidando, decompondo e removendo-os do líquido. Também poderia ser utilizado para a purificação do ar em incubadoras ou em instalações de ventilação.