Ciência dos materiais
Metamateriais Impressos a Laser Agora São Mais Fortes e Mais Flexíveis
Adicione Securities.io às suas fontes preferidas no Google
MIT Breakthrough Torna Materiais Rígidos Flexíveis com Metamateriais
Material sciences is the domain of better understanding materials at the microscopic, often atomic level, in order to make them better. The most common goal is to make a material stronger than in its classical form, be it steel, glass, or ceramic.
Ciências dos materiais é o domínio de entender melhor os materiais em nível microscópico, frequentemente atômico, a fim de aprimorá-los. O objetivo mais comum é tornar um material mais forte do que em sua forma clássica, seja aço, vidro ou cerâmica.
Metamateriais levam isso um passo adiante, alterando a estrutura do material, conferindo-lhe características diferentes das propriedades dos materiais base dos quais é feito. Isso geralmente é alcançado criando padrões repetitivos de forma, geometria, tamanho, orientação, etc., precisos.
Fonte: MIT
Também aqui, a maior parte da pesquisa realizada concentrou‑se em tornar o produto final mais forte que seu componente base, com potenciais super aços, fibra de carbono, seda e outros materiais que poderiam ser usados em armaduras corporais, construção ou projetos futurísticos como elevadores espaciais.
Um novo tipo de metamaterial está sendo inventado, tornando elementos que antes eram rígidos e inflexíveis em flexíveis. Essa descoberta foi feita por pesquisadores do MIT e publicada na Nature Materials1, sob o título “Double-network-inspired mechanical metamaterials”.
Como os Metamateriais Superam os Materiais Tradicionais
The creation of regular micro-structures in a controlled way can lead to improved performance of a material compared to its base component. This can be affected by many different properties, like electromagnetic, acoustic, structural strength, thermal, etc.
A criação de microestruturas regulares de forma controlada pode levar a um desempenho aprimorado de um material em comparação com seu componente base. Isso pode ser influenciado por diversas propriedades, como eletromagnética, acústica, resistência estrutural, térmica, etc.
In general, this comes as a trade-off. For example, stronger materials are generally getting stiffer, which can reduce their practical use.
Em geral, isso ocorre como um compromisso. Por exemplo, materiais mais fortes tendem a ficar mais rígidos, o que pode reduzir sua utilidade prática.
So it is sort of a revolution that the MIT researchers are creating, by mixing methods, making a material stiffer and stronger, but also making it more flexible at the same time.
“Percebemos que o campo dos metamateriais realmente não tentou causar impacto no domínio da matéria macia.
Até agora, todos nós estávamos buscando os materiais mais rígidos e fortes possíveis.
Mais Forte e Mais Flexível: Resolvendo o Compromisso dos Metamateriais
So far, most metamaterials are made using a method similar to 3D printing, producing microscopic struts and trusses.
Até agora, a maioria dos metamateriais é produzida usando um método semelhante à impressão 3D, gerando vigas e treliças microscópicas.
Fonte: ETH Zurich
Em vez disso, os pesquisadores do MIT desenvolveram uma arquitetura de molas entrelaçadas, ou bobinas, inerentemente mais flexíveis.
Em seu experimento inicial, eles usaram um material como plexiglass, que deveria ser muito rígido, e o montaram “normalmente”. Quando entrelaçado em um metamaterial, ele se tornou macio e elástico, como borracha.
“Estamos abrindo este novo território para os metamateriais.
Você poderia imprimir um metal ou cerâmica de dupla rede, e obteria muitos desses benefícios, pois seria necessária mais energia para quebrá‑los, e eles seriam significativamente mais extensíveis.
Esse foi um bom começo, pois permitiu usar materiais fortes e torná‑los macios e flexíveis. Contudo, foi um pouco bem‑sucedido demais, já que embora o material fosse elástico, ele era “um pouco muito macio e flexível”.
Design Inspirado em Hidrogel Aumenta Flexibilidade e Durabilidade
Outro material excepcional é o hidrogel, um tipo de composto macio, elástico, semelhante a gelatina, composto principalmente de água e um pouco de estrutura polimérica. Alguns hidrogéis são até naturais, como a gelatina, por exemplo.
Pesquisadores do MIT já descobriram maneiras de tornar o hidrogel mais resistente, mantendo suas capacidades macias e elásticas. Eles fazem isso combinando múltiplas redes poliméricas com propriedades muito diferentes, como uma rede de moléculas naturalmente rígida e outra inerentemente macia.
Assim, os pesquisadores adaptaram esse conceito ao seu metamaterial de plexiglass. Eles combinaram um metamaterial clássico rígido e forte usando uma estrutura em grade de vigas e treliças, juntamente com um padrão de bobinas que se entrelaçam ao redor de cada viga e treliça.
Ambas as redes de material foram fabricadas simultaneamente, usando uma técnica de impressão a laser de alta precisão chamada litografia de dois fótons.
Fonte: LiqCreate
Como Metamateriais de Dupla Rede Desempenham em Qualquer Escala
O recém‑inventado metamaterial de dupla rede foi então testado em diferentes tamanhos. Algumas amostras foram feitas com o componente medindo vários micrômetros quadrados, outras até vários milímetros quadrados.
Eles então mediram a resistência e flexibilidade resultantes usando câmeras de alta velocidade ao pressionar o material até seu limite.
Fonte: MIT
A dupla rede demonstrou ser capaz de esticar 3 vezes seu próprio comprimento, o que é 10 vezes mais que um metamaterial convencional com padrão de treliça.
“Pense nesta rede entrelaçada como um emaranhado de espaguete enrolado em torno de uma treliça. Quando quebramos a rede de treliça monolítica, essas partes quebradas acompanham, e agora todo esse espaguete se enreda com os pedaços da treliça.
Isso promove mais entrelaçamento entre as fibras entrelaçadas, o que significa que há mais atrito e mais dissipação de energia.
É essa distribuição de energia que impulsiona a flexibilidade do metamaterial, pois uma fissura inicial dificilmente atravessa diretamente e rasga rapidamente o material.
Como Defeitos Estratégicos Tornam os Metamateriais Ainda Mais Resistentes
Contra‑intuitivamente, eles também descobriram que era possível torná‑lo ainda mais forte ao perfurar buracos na treliça.
Esse defeito permite ainda mais dissipação de energia e aumenta a resiliência geral do produto final.
“Você pode pensar que isso piora o material. Mas vimos que, ao começar a adicionar defeitos, dobramos a quantidade de alongamento que podíamos alcançar e triplicamos a energia dissipada.
Isso nos dá um material que é ao mesmo tempo rígido e resistente, o que normalmente é uma contradição.
Isso permitiu que a equipe de pesquisa desenvolvesse uma estrutura teórica para prever melhor o comportamento desses metamateriais.
Aplicações Reais dos Metamateriais Flexíveis do MIT
Tal plano será útil no design de têxteis e tecidos à prova de rasgos.
Semicondutores flexíveis, embalagens de chips eletrônicos e andaimes duráveis porém flexíveis nos quais cultivar células para reparo de tecidos também podem se beneficiar desta tecnologia.
Outra opção seria aplicar este conceito de combinar diferentes metamateriais (vigas e treliças junto com bobinas) a materiais atualmente frágeis. Isso poderia proporcionar a eles mais flexibilidade e mais resiliência simultaneamente.
A mesma ideia poderia ser usada para adicionar novas especificações a materiais existentes, por exemplo, tornando‑os naturalmente reativos ao seu ambiente.
“Até agora falamos de propriedades mecânicas, mas e se pudéssemos também torná‑los condutores, ou responsivos à temperatura?
Para isso, as duas redes poderiam ser feitas de polímeros diferentes que respondem à temperatura de maneiras distintas, de modo que um tecido possa abrir seus poros ou tornar‑se mais flexível quando está quente e mais rígido quando está frio.
Investindo no Futuro dos Metamateriais Comerciais
DuPont
DD Gráfico de preços
DuPont é uma enorme empresa química com muitos produtos químicos de marca importantes, como Kevlar, Styrofoam, Nomex (proteção contra fogo), Great Stuff (adesivo de construção), etc. Sua pesquisa avançada em polímeros e marcas de materiais de proteção podem posicioná‑la a se beneficiar das tecnologias de metamateriais de dupla rede.
DuPont é uma corporação antiga com uma história complexa de aquisições e, mais recentemente, uma série de desmembramentos.
Fonte: DuPont
Esses desmembramentos separaram da DuPont os departamentos de nutrição e biociência, parcialmente vendidos para a Corteva Biosciences (CTVA ), produtos de titânio formando a Chemours Company (CC ), e mobilidade.
Também se separará de seu negócio de produtos químicos eletrônicos em novembro de 2025, mas manterá o segmento de água (membranas e filtros para purificação e dessalinização de água), ao contrário dos planos anteriores.
Fonte: DuPont
Isso deixará a DuPont como uma empresa muito mais focada, com atividade central em polímeros avançados para purificação de água e equipamentos de proteção, bem como materiais avançados para aeroespacial, saúde e veículos elétricos.
Fonte: DuPont
DuPont é uma corporação verdadeiramente internacional, com alta demanda por produtos químicos especiais em purificação de água e manufatura industrial.
Os setores atendidos pelos produtos químicos da DuPont também são muito variados, incluindo construção, purificação de água, indústria eletrônica, automotivo, aeroespacial, saúde, energia verde e produção industrial.
Fonte: DuPont
A forte presença da DuPont em equipamentos de proteção e a posição consolidada com a marca Kevlar, um polímero de alto desempenho, devem ajudá‑la a adaptar novas formas de metamateriais em produtos comerciais.
De qualquer forma, à medida que novas tecnologias crescem, assim como o consumo de água, cresce também a demanda pelos produtos químicos avançados produzidos pela DuPont.
Últimas Notícias sobre a DuPont
Estudos Referenciados:
1. Surjadi, J.U., Aymon, B.F.G., Carton, M. et al. (2025) Double-network-inspired mechanical metamaterials. Nat. Mater. https://doi.org/10.1038/s41563-025-02219-5
