Madeira metálica de níquel é tão forte quanto titânio, mas cinco vezes mais leve

Tacos de golfe de alto desempenho e asas de avião são feitos de titânio, que é tão forte quanto o aço, mas cerca de duas vezes mais leve. Essas propriedades dependem da maneira como os átomos de um metal são empilhados, mas defeitos aleatórios que surgem no processo de fabricação significam que esses materiais são apenas uma fração tão forte quanto poderiam teoricamente ser.


Em um novo estudo publicado na Nature Scientific Reports , pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade da Pensilvânia, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e da Universidade de Cambridge fizeram exatamente isso. Eles construíram uma folha de níquel com poros em nanoescala que a tornam tão forte quanto o titânio, mas quatro a cinco vezes mais leve.


O espaço vazio dos poros e o processo de automontagem em que são feitos tornam o metal poroso semelhante a um material natural, como a madeira. E assim como a porosidade dos grãos de madeira serve à função biológica do transporte de energia, o espaço vazio na “madeira metálica” dos pesquisadores pode ser infundido com outros materiais.


"A razão pela qual nós chamamos de madeira metálica não é apenas sua densidade, que é sobre a madeira, mas sua natureza celular", diz o professor. “Os materiais celulares são porosos; se você olhar para o grão de madeira, partes que são grossas e densas e feitas para manter a estrutura, e partes que são porosas e feitas para suportar funções biológicas, como o transporte de e para as células ”."Nossa estrutura é semelhante", diz ele. “Temos áreas grossas e densas com fortes estruturas metálicas e áreas porosas com lacunas de ar. Estamos apenas operando nas escalas de comprimento, onde a força dos suportes se aproxima do máximo teórico ”.


Como aproximadamente 70% do material resultante é um espaço vazio, a densidade dessa madeira metálica baseada em níquel é extremamente baixa em relação à sua resistência. Com uma densidade igual à da água, um tijolo do material flutuaria.

Replicar este processo de produção em tamanhos comercialmente relevantes é o próximo desafio da equipe. Ao contrário do titânio, nenhum dos materiais envolvidos é particularmente raro ou caro por conta própria, mas a infraestrutura necessária para trabalhar com eles em nanoescala é atualmente limitada. Uma vez que essa infraestrutura é desenvolvida, as economias de escala devem produzir quantidades significativas de madeira metálica mais rápida e menos cara.


Uma vez que os pesquisadores possam produzir amostras de sua madeira metálica em tamanhos maiores, eles podem começar a submetê-la a mais testes de macroescala.


Para saber mais sobre a notícia: Madeira metálica feita de níquel é tão forte quanto o titânio, mas quatro a cinco vezes mais leve acesse aqui


Fonte: Innovation Toronto, 2019. Foto: Innovation Toronto.

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