[Imagem: Meixiang Wang/NC State University]
Gel vítreo
Os polímeros são materiais resultantes da união de longas cadeias de moléculas menores chamadas monômeros. Isso pode resultar em materiais duros e sólidos, mas altamente moldáveis, como os plásticos, flexíveis como as borrachas, longos e finos como as fibras, ou rígidos como as resinas.
Se você acrescentar água a essas cadeias poliméricas, então terá outro tipo de material, um gel, tipicamente macio e gelatinoso, com elevada capacidade de absorção de líquidos e uma faixa de viscosidade altamente ajustável, o que torna esses materiais úteis em inúmeras aplicações, como lentes de contato - nem todos os polímeros podem se transformar em géis.
E existem também os polímeros vítreos, como o acrílico, que são duros, rígidos e muitas vezes quebradiços, mas têm suas próprias aplicações, como fazer coisas como garrafas de água ou janelas de aviões.
Agora, Meixiang Wang e colegas da Universidade do Estado da Carolina do Norte, nos EUA, criaram uma nova classe de materiais, que eles batizaram de "géis vítreos", que são tão fortes e resistentes quanto os polímeros vítreos, mas podem esticar até cinco vezes seu comprimento original, em vez de simplesmente se quebrar.
"Uma coisa importante que distingue os géis vítreos é que eles são mais de 50% líquidos, o que os torna condutores de eletricidade mais eficientes do que os plásticos comuns que possuem características físicas comparáveis," disse Wang. "Considerando o número de propriedades únicas que possuem, estamos otimistas de que esses materiais serão úteis."
Polímero mais líquido iônico
O momento eureca desta inovação veio quando Wang trocou a água, normalmente usada para criar os géis comuns, por um líquido iônico, essencialmente um sal em estado líquido.
Quando o líquido iônico é misturado ao polímero e curado sob luz ultravioleta, o resultado é um material extremamente resistente, como os géis vítreos - pense no acrílico, por exemplo -, mas muito flexível. O gel vítreo é um sólido transparente que pode suportar até 400 vezes a pressão atmosférica, mas pode ser facilmente esticado até 670% do seu tamanho original.
"O líquido iônico é um solvente, como a água, mas é feito inteiramente de íons," explicou o professor Michael Dickey. "Normalmente, quando você adiciona um solvente a um polímero, o solvente separa as cadeias do polímero, tornando o polímero macio e extensível. É por isso que uma lente de contato úmida é flexível e uma lente de contato seca não."
"Nos géis vítreos, o solvente separa as cadeias moleculares do polímero, o que permite que ele seja extensível como um gel. No entanto, os íons no solvente são fortemente atraídos pelo polímero, o que impede que as cadeias do polímero se movam. A incapacidade das correntes de se moverem é o que as torna vítreas. O resultado final é que o material é duro devido às forças atrativas, mas ainda é capaz de esticar devido ao espaçamento extra," acrescentou Dickey.
Úteis e simples de fabricar
Outras propriedades dos géis vítreos incluem a condução de eletricidade, a autocura - se você cortar o material em pedaços, basta juntá-los para que eles se unam novamente -, são pegajosos e grudentos e, mais importante, têm memória de forma, podendo ser programados por calor e retornarem à sua forma original.
Nos testes, os pesquisadores descobriram que os géis vítreos não evaporam nem secam, embora consistam em 50-60% de líquido. Além disso, os géis vítreos podem ser feitos com uma variedade de polímeros e líquidos iônicos diferentes, embora nem todas as classes de polímeros possam ser usadas para criar géis vítreos.
"A criação de géis vítreos é um processo simples que pode ser feito curando-os em qualquer tipo de molde ou imprimindo-os em 3D," disse Dickey. "A maioria dos plásticos com propriedades mecânicas semelhantes exige que os fabricantes criem polímeros como matéria-prima e depois transportem esse polímero para outra instalação onde o polímero é derretido e transformado no produto final."
Bibliografia:
Artigo: Glassy Gels Toughened by Solvent
Autores: Meixiang Wang, Xun Xiao, Salma Siddika, Mohammad Shamsi, Ethan Frey, Wen Qian, Wubin Bai, Brendan T. O’Connor, Michael D. Dickey
Revista: Nature
DOI: 10.1038/s41586-024-07564-0
