Do Nist
Nanotubos de carbono fortes e versáteis estão encontrando novas
aplicações ao melhorar fibras e películas convencionais baseadas em
polímeros. Por exemplo, fibras compostas feitas de nanotubos de carbono
de parede única e poliacrilonitrilo -um precursor de fibra de carbono-
são mais fortes, rígidas e encolhem menos do que as fibras comuns.
Compostos reforçados por nanotubos poderão eventualmente fornecer a
fundação para uma nova classe de fibras fortes e leves, com
propriedades como condutividade elétrica e térmica, não disponíveis
nas atuais fibras têxteis.
Pesquisadores do
Instituto de Tecnologia da Geórgia (Georgia Tech), da Universidade Rice,
da Carbon Nanotechnologies e da Força Aérea dos Estados Unidos têm
desenvolvido novos processos para incorporar nanotubos em fibras e películas.
Os resultados desse trabalho foram no 227º encontro nacional da
Sociedade Química Americana, em Anaheim, Califórnia.
"Nós teremos desenvolvimentos dramáticos no campo dos materiais têxteis
ao longo dos próximos 10 ou 20 anos devido à nanotecnologia,
especificamente aos nanotubos de carbono", previu Satish Kumar,
professor da Escola de Engenharia de Polímeros, Têxteis e Fibras da
Georgia Tech. "Usando nanotubos de carbono, nós poderemos fazer
fibras têxteis com condutividade térmica e elétrica, mas com o toque
e sensação de um têxtil comum. Você poderá ter uma camisa na qual
fibras condutoras de eletricidade permitirão que a função de telefone
celular seja inserida nela sem o uso de fiação metálica ou fibras ópticas."
Graças ao trabalho de Kumar e de pesquisadores no Laboratório de
Pesquisa da Força Aérea, os nanotubos já encontraram espaço em
fibras conhecidas como Zylon, a mais forte fibra de polímero do mundo.
Ao incorporar 10% de nanotubos, a pesquisa mostrou que a força desta
fibra pode ser aumentada em 50%.
Recentemente, a equipe de pesquisa de Kumar tem colaborado com Richard
Smalley, um professor da Universidade Rice que recebeu o Prêmio Nobel
em 1996 pelo seu trabalho no desenvolvimento de nanotubos, que são de
grande interesse devido à sua alta força, peso leve, condutividade elétrica
e resistência térmica.
Os pesquisadores desenvolveram uma técnica para produção de fibras
compostas contendo percentuais variados de nanotubos de carbono, até um
máximo de cerca de 10%. Produzidos pela Universidade Rice e pela Carbon
Nanotechnologies, os nanotubos de parede única existem em aglomerados
de 30 nanômetros de diâmetro contendo mais de 100 tubos.
Para produzir fibras compostas, os feixes são primeiro separados em um
solvente orgânico, ácido ou água contendo surfactantes. Os materiais
polímeros são então dissolvidos com os nanotubos dispersos, e as
fibras produzidas utilizando equipamento e técnicas de manufatura padrão
para têxteis. As fibras compostas resultantes apresentam toque e sensação
semelhante às fibras têxteis padrão.
A adição de nanotubos de carbono às fibras tradicionais pode dobrar
sua rigidez, reduzir o encolhimento em 50%, aumentar a temperatura na
qual o material amacia em 40º C e melhorar a resistência a solventes.
Kumar acredita que estas propriedades tornarão as fibras compostas
valiosas para o setor aeroespacial, onde um aumento da força poderia
reduzir a quantidade de fibras necessárias para estruturas compostas,
reduzindo o peso.
"Se você puder aumentar a rigidez do módulo em um fator de dois,
em muitas aplicações você poderá reduzir o peso em um fator de
dois", notou Kumar.
Mas o maior impacto dos nanotubos de carbono só ocorrerá se os
pesquisadores conseguirem aprender como separar os aglomerados para
produzir nanotubos individuais, um processo chamado esfoliação. Se
isto puder ser feito, a quantidade de tubos necessária para melhorar as
propriedades das fibras poderia ser reduzida de 10% para menos de 0,1%
do peso. Isto poderia ajudar a tornar o uso dos tubos -que atualmente
custam centenas de dólares por grama- viável para produtos comerciais.
A inclusão de nanotubos individuais em fibras compostas poderá ajudar
a melhorar a orientação das cadeias de polímero que elas contêm,
reduzindo a quantidade de emaranhamento de fibras e uma maior taxa de
cristalização. Isto poderia introduzir novas propriedades atualmente não
disponíveis nas fibras.
"Se pudermos fazer
isto, poderemos mudar conceitualmente como as fibras são feitas",
disse Kumar. "Ter um material resistente a temperaturas muito
severas com uma densidade menor que a da água parece um sonho hoje, mas
poderemos ser capazes de ver isto com esta nova geração de
materiais."
Além de separar os aglomerados de nanotubos, os pesquisadores também
enfrentam o desafio de dispersar uniformemente os nanotubos de carbono
nos polímeros e orientá-los apropriadamente.
Além das estruturas de aeronaves, Kumar vê as fibras compostas de
nanotubos adicionando capacidades eletrônicas a tecidos, talvez
permitindo que celulares e computadores sejam tecidos utilizando fibras
com toque e sensação de têxteis convencionais. Mas a produção de
fibras condutoras exigirá a ampliação do percentual de nanotubos para
até 20%.
Para avançar estes conceitos, Kumar espera formar um "Consórcio
de Materiais Dotados de Nanotubos de Carbono" na Georgia Tech, para
conduzir tanto a pesquisa básica quanto a aplicada em áreas de
interesse da indústria.
Ele espera que a fibras compostas baseadas em nanotubos de carbono
promoverão as mudanças mais significativas na indústria têxtil desde
que as fibras sintéticas foram introduzidas nos anos 30.
"Em 1900, o nylon, poliéster, polipropileno, Kevlar e outras
fibras modernas não existiam, mas a vida atual parece depender
delas", disse ele. "A taxa em que a tecnologia está mudando
está crescendo, logo, mudanças mais dramáticas podem ser esperadas
para os próximos 100 anos. Cada grande empresa de fibras de polímeros
do mundo agora está prestando atenção no impacto potencial dos
nanotubos de carbono."
O trabalho aparecerá nas revistas "Advanced Materials",
"Chemistry of Materials", "Macromolecules",
"Nano Letters" e "Polymer". O trabalho em
nanocompostos tem sido financiado pela Fundação Nacional de Ciência,
Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea, Laboratório de
Pesquisa da Força Aérea, Escritório de Pesquisa Naval, Carbon
Nanotechnologies e pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (Nist).
Tradução: George El
Khouri Andolfato
