Um novo método para produzir aerógrafo. Notícias gratuitas da biblioteca técnica

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Uma nova maneira de ser retocada

03.05.2015

Quando falamos de algo leve e sem peso, costumamos usar o adjetivo "ar". No entanto, o ar ainda tem massa, embora pequena - um metro cúbico de ar pesa pouco mais de um quilo. É possível criar um material sólido que ocuparia, por exemplo, um metro cúbico, mas ao mesmo tempo pesaria menos de um quilograma? Esse problema foi resolvido no início do século passado pelo químico e engenheiro americano Stephen Kistler, conhecido como o inventor do aerogel.

A macroestrutura impressa em 3D do aerógrafo confere propriedades mecânicas únicas sem perder sua natureza de "grafeno". Crédito: Ryan Chen/LLNLA macroestrutura impressa em 3D do aerógrafo aerógrafo confere propriedades mecânicas únicas sem perder sua natureza de "grafeno".

Provavelmente, para muitos, a primeira associação com a palavra "gel" está associada a algum tipo de produto cosmético ou produtos químicos domésticos. Embora, de fato, um gel seja um termo completamente químico que se refere a um sistema que consiste em uma rede tridimensional de macromoléculas, uma espécie de estrutura, nos vazios da qual existe um líquido. Devido a essa estrutura molecular, o mesmo gel de banho não se espalha na palma da mão, mas assume uma forma tangível. Mas é impossível chamar um gel tão comum de arejado - o líquido, que compõe a maior parte, é quase mil vezes mais pesado que o ar. Foi aí que os experimentadores tiveram a ideia de como fazer um material ultraleve.

Se você pegar um gel líquido e, de alguma forma, remover a água dele, substituindo-o por ar, como resultado, apenas um esqueleto permanecerá do gel, o que fornecerá dureza, mas ao mesmo tempo praticamente não terá peso. Este material é chamado de aerogel. Desde sua invenção em 1930, começou uma espécie de competição entre os químicos para criar o aerogel mais leve. Por muito tempo, um material à base de dióxido de silício foi usado principalmente para obtê-lo. A densidade desses aerogéis de silício variou de décimos a centésimos de grama por centímetro cúbico. Quando os nanotubos de carbono começaram a ser usados como material, a densidade dos aerogéis foi reduzida em quase duas ordens de grandeza. Por exemplo, o aerografite tinha uma densidade de 0,18 mg/cm3. Até o momento, a palma do material sólido mais leve pertence ao aerógrafo, sua densidade é de apenas 0,16 mg / cm3. Para maior clareza, um metro cúbico feito de papel retocado pesaria 160 g, o que é oito vezes mais leve que o ar.

No entanto, os químicos são movidos de longe não apenas pelo interesse esportivo, e o grafeno como material para aerogéis começou a ser usado não por acaso. O próprio grafeno tem muitas propriedades únicas, em grande parte devido à sua estrutura plana. Por outro lado, os aerogéis também têm características especiais, uma das quais é uma enorme área de superfície específica, que chega a centenas e milhares de metros quadrados por grama de substância. Uma área tão grande surge devido à alta porosidade do material. Os químicos já conseguiram combinar as propriedades específicas do grafeno com a estrutura única dos aerogéis, mas os pesquisadores do Laboratório Nacional de Livermore, por algum motivo, também precisavam de uma impressora 3D para criar o aerógrafo.

Para imprimir o aerogel, primeiro foi necessário criar uma tinta especial à base de óxido de grafeno. Além de serem retocadas, é necessário que essa tinta seja adequada para impressão 3D. Tendo resolvido esse problema, os químicos colocaram as mãos em um método pelo qual é possível produzir aerógrafo com a microarquitetura desejada. Isso é muito importante, pois além das propriedades inerentes ao grafeno, tal material também terá propriedades físicas interessantes. Por exemplo, a amostra que os autores do estudo receberam acabou sendo surpreendentemente elástica - um cubo retocado pode ser comprimido dez vezes sem prejudicar o material, enquanto não perde suas propriedades durante repetidos alongamentos de compressão.

A capacidade de comprimir repetidamente distingue o aerógrafo impresso daquele obtido pela maneira "usual". Uma das aplicações práticas do novo aerógrafo poderia ser baterias elétricas flexíveis, onde a grande superfície interna do material seria usada como eletrodo, enquanto a estrutura impressa lhe daria a flexibilidade desejada.

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Recentemente, uma equipe de geólogos estudou amostras de lama do fundo oceânico ao longo do perímetro do Anel de Fogo do Pacífico, procurando sinais de erupções de longa data. A camada inferior de um milhão de anos continha camadas de cinzas de 91 erupções. Pela localização dessas camadas, os pesquisadores conseguiram determinar a data aproximada de cada uma delas. Analisando a distribuição de frequência dessas camadas de cinzas, os cientistas encontraram um padrão: grandes erupções ocorreram a cada 41 anos. Essa figura aparentemente aleatória é bem conhecida pelos paleoclimatologistas: por 000 anos, o eixo da Terra se inclina ciclicamente.

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Mas como as eras glaciais podem afetar os vulcões? Da forma mais direta. Durante esses períodos, a água do planeta desloca parte de seu peso dos oceanos para a superfície dos continentes, criando enormes crostas de gelo de até quilômetros de espessura em sua superfície. Com o aquecimento, todo esse gelo está novamente deixando os continentes. Este movimento é transferido para o magma abaixo da superfície da Terra; uma rápida diminuição dessa pressão pode fazer com que o magma seja liberado na forma de erupções vulcânicas.

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