Rice University

Impressora produzindo o modelo

Os cientistas do século 19 eram mesmo avançados. Imagine que em 1880, o matemático alemão imaginou e idealizou estruturas de geometria complexa e superfícies minúsculas, com padrões que se repetem. Esses materiais ainda teriam a forma de uma sela de cavalo, ou curvatura negativa como os pesquisadores gostam de chamar. Sim, ele imaginou. E até agora ninguém tinha conseguido concretizar essa ideia.

É verdade que em 1991, um século depois, o físico mexicano Humberto Terrones e o químico inglês Alan Mckay sugeriram que se colocassem anéis de carbono com mais de seis átomos em uma malha hexagonal de grafite o resultado seria uma estrutura bem parecida com aquela que Schwarz inventou. E, o melhor, esse material seria semelhante – mas não idêntico – aos zeólitos, minerais com estrutura porosa e tridimensional.

“Se a gente multiplicasse a ideia de Schwarz, chegaríamos a uma estrutura cristalina e esponjosa. Terrones e Mckay chamaram essa estrutura de schwarzitas, em homenagem ao pai da ideia. O material teria propriedades mecânicas e eletromagnéticas incomuns. Seria, por exemplo, muito resistente”, explica o físico Douglas Soares Galvão, professor do Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas (IFGW-Unicamp).

O que Galvão ainda não contou é que ele está à frente de um grupo de pesquisa que, em colaboração com pesquisadores da Rice University, nos Estados Unidos, está conseguindo tirar a invenção de Schwarz da teoria e trazê-la para o mundo real. Tirá-la do passado e jogando a ideia para o futuro bem próximo.

Rice University

Outra peça feita com o mesmo material

“Nós estamos trabalhando para produzir esse esses material em escala real, coisa que ninguém tinha feito até então. Usando as características da schwarzitas, estamos imprimindo numa impressora 3D um tipo de material que mantém as características e as propriedades encontradas na escala atômica. E isso é mesmo surpreendente”, comemora.

Tudo indica que a síntese do material pensado pelo matemático alemão é difícil, alguns artigos anteriores inclusive diziam que ele não seria viável numa escala não nanométrica. O que o grupo da Unicamp e da Rice estão mostrando é que talvez dê sim. Melhor: de forma ágil, acessível e barata. O o polímero PLA, usado em impressoras 3D, tem um preço muito convidativo.

“Começamos com algoritmos computacionais e produzimos modelos em escala atômica de estruturas porosas de duas famílias diferentes de schwarzitas, a primitiva e a giromana e chegamos às  superfícies mínimas periódicas”. A partir daí, um software calculou a modelagem e os protótipos foram impressos em polímero. São essas peças simpáticas, que parecem blocos de montar, que você vê aí na foto e naquele vídeo lá embaixo desse post.

Além de conseguir reproduzir o modelo plus size, os cientistas mantiveram as características previstas no mundo nanométrico. A primeira delas: resistência.  Os testes nas estruturas em nível atômico e nos dos modelos impressos em 3D indicaram alta resistência a impacto e a compressão mecânica. A segunda: resiliência, prima irmã da resistência e que permite voltar ao estado de origem após algum impacto.

A estrutura impressa no material 3D aguentou muito bem os testes. Quando os cientistas soltaram uma peça do material de 10kg a uma altura de 1m, adivinhe!, ele não quebrou. À Agência Fapesp, Galvão contou que o grupo está analisando agora outra família de schwarzita, com estrutura parecida com a do diamante. “Os resultados são ainda mais impressionantes. Não foi possível quebrar o material com as máquinas para testes de resistência disponíveis no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais. Essa alta resistência do material é proporcionada por sua topologia”,

Agora, a ideia é começar a testar a estrutura em áreas de alto impacto: balística, construção civil e indústria naval. “O importante é que esses achados abrem uma linha nova de pesquisa com muito trabalho pela frente”, conclui.