Materiais ultramodernos se reparam sozinhos com a luz

Quando basta um raio de luz para colmatar uma fenda. Institut Adolphe Merkle

Um vidro de relógio riscado ou uma carroceria arranhada que se reparam sozinhos quando expostos à luz, a “reparação automática” não é mais coisa de ficção científica.

Em colaboração com dois laboratórios americanos, pesquisadores de Friburgo (oeste) desenvolveram um material que oferece esta propriedade impressionante.

“Polímeros metalo-supramolecular”, o termo ainda não faz parte da linguagem comum, mas refere-se a materiais que poderão um dia revolucionar nosso cotidiano.

No mês passado, a conceituada revista científica britânica Nature

publicou os resultados do trabalho conjunto do Instituto Adolphe Merkle, da Universidade de Friburgo, com a Case Western University, em Cleveland (Ohio), e o centro de pesquisa de materiais do exército americano em Aberdeen (Maryland). Juntas, essas três instituições conseguiram produzir um novo tipo de plástico capaz de reparar-se em menos de um minuto quando exposto à luz ultravioleta.

Brinquedinhos militares com esmalte de unhas

“Por enquanto, ainda se trata de pesquisa fundamental”, explica Christoph Weder, diretor do Instituto Adolphe Merkle. “Não buscamos desenvolver produtos para o mercado, mas sim conceitos, ferramentas que podem ser usadas para desenvolver os materiais comercialmente úteis. E isso reflete o modo de operação do nosso instituto [dedicado à nanociência]”.

E os militares dos Estados Unidos? Qual é o interesse dos americanos por estes novos materiais? “Não quero especular sobre os motivos pelos quais os militares americanos se interessaram pelo projeto, mas o ramo que tem participado neste trabalho é realmente dedicado à pesquisa fundamental”, responde o professor suíço, que trabalhou durante muito tempo nos Estados Unidos.

Enfim, esse novo material poderia ter muitas aplicações práticas, das telas digitais aos objetos comuns de plástico, que se riscam ou arranham com muita facilidade, ao … esmalte de unha. Embora Christoph Weder ache que essa última serventia “talvez não seja a mais interessante”.

Como isso funciona?

Os plásticos tradicionais são feitos de polímeros, moléculas que formam longas cadeias de vários milhares de átomos, entrelaçadas como espaguete em um prato. Quando aquecido, o plástico derrete e pode ser trabalhado em um molde, por exemplo. Mas ele derrete e flui lentamente, por causa do peso das moléculas e suas interligações.

Os polímeros metalo-supramoleculares, no entanto, são feitos de moléculas 25 vezes mais curtas, “grudadas” entre elas por átomos de metal. Quando o material é aquecido, essas moléculas se separam e como elas são leves, a massa flui muito mais facilmente. Assim que o calor diminui, as moléculas se “reatam” pelas suas extremidades metálicas e o material recupera suas propriedades originais.

E para isso, nem é preciso colocar seu relógio ou celular no forno. Uma dose de radiação ultravioleta é suficiente. “Usamos lâmpadas semelhantes àquelas usadas pelos dentistas para endurecer amalgamas à base de polímero”, explica Christoph Weder.

A quantidade de luz necessária é bem superior a que é fornecida normalmente pelo sol. E assim é muito melhor. Desse modo, esses novos plásticos permanecem estáveis por fora e não correm o risco de se derreterem quando expostos ao sol em um belo dia de verão.

… e qual é o seu alcance?

Quando se tornam líquido e tapam brechas e arranhões, os polímeros metalo-supramoleculares atingem temperaturas próximas aos 200° C. Apesar de todo o processo levar menos de um minuto e o calor ser bem focalizado, o perigo de queimadura para quem manipula o objeto é real.

Para evitar isso, os pesquisadores estão trabalhando com vários metais usados como “cola” entre as moléculas. São eles que convertem a luz em calor e nem todos precisam atingir a mesma temperatura para romper os laços que mantêm as moléculas juntas.

Falta saber qual a espessura necessária para que uma camada destes novos plásticos permaneça “auto-reparadora”. Por enquanto, os testes foram realizados em folhas muito finas. “Já que usamos a luz, a profundidade até onde ela pode penetrar o material será sempre uma limitação. E não se pode esperar que a luz penetre em centímetros”, admite Christoph Weder.

Os pesquisadores sabem que o calor gerado pelos raios ultravioletas se propaga mais profundamente do que a luz. Mas qual é o seu alcance? A questão ainda está em aberto.

Um pouco de química

Os polímeros são moléculas muito grandes, orgânicas ou minerais, resultante da combinação (polimerização) de várias moléculas menores (monômeros), idênticas ou diferentes. Os monômeros são unidos por ligações covalentes, onde cada átomo na extremidade da molécula divide um elétron, formando um par que liga dois átomos.

Para dar um exemplo, os polímeros são como trens, compostos ou por vagões iguais, ou por vagões diferentes. Os engates entre os vagões são as ligações covalentes. E não há nenhuma locomotiva.

Os plásticos são materiais que não existem na natureza. Sem eles, no entanto, praticamente nenhum dos objetos que usamos todos os dias existiria. Eles são sempre feitos de polímeros, geralmente extraídos do petróleo. Todos os plásticos são polímeros, mas nem todos os polímeros são plásticos.

Adaptação: Fernando Hirschy