Nova tecnologia de polímeros visa falhas de engenharia para aumentar a sustentabilidade #ÚltimasNotícias

A sustentabilidade é um problema complexo com muitos intervenientes diferentes e influenciado por políticas, sociedade e perspetivas técnicas. Cientistas da Escola de Ciências Moleculares (SMS) da ASU e do Centro de Fabricação e Materiais Macromoleculares Sustentáveis ​​(SM3) do Biodesign Institute estão buscando uma abordagem multifacetada em direção a uma economia mais circular, com projetos focados em biosourcing, reciclagem, purificação de água ou carbono. capturar, para citar alguns.

Uma estratégia óbvia para limitar a grande quantidade de materiais desperdiçados é reduzir a necessidade de produção de plásticos em todo o mundo. “É mais fácil falar do que fazer”, diz o professor associado Yoan Simon, do SMS e SM3 da ASU. “No entanto, o antídoto poderia ser simplesmente prolongar a vida útil das peças.”

Desde amarras em mochilas até tampas de recipientes, estamos rodeados de peças que devem suportar milhares de ciclos de abertura e fechamento. Da mesma forma, os capacetes de bicicleta e de futebol devem resistir a impactos repetidos e manter um determinado nível de proteção sem falhar.

Como diz o ditado: “Se não está quebrado, não conserte! Mas como exatamente ele quebra?” pergunta Simão. “O que acontece quando você lança um projétil contra um material que supostamente absorve choques repetidamente?”

Uma equipe colaborativa co-liderada pelo grupo de pesquisa Simon da ASU em colaboração com o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), a Universidade do Sul do Mississippi, o Instituto Politécnico Rensselaer e o Corpo de Engenheiros do Exército desenvolveram um novo material que fornece novas informações sobre como os materiais respondem ao impacto em alta velocidade.

O estudo, publicado em Comunicações da Naturezademonstra como um polímero contendo mecanóforos – moléculas que se iluminam sob grande força mecânica – pode registrar visualmente a resposta do material a impactos de projéteis em alta velocidade. Notavelmente, os mecanóforos capturaram distorções subterrâneas no material, informações que antes eram impossíveis de acessar.

Ao integrar interações em nível molecular com técnicas avançadas de imagem, os cientistas podem agora visualizar a formação de cones Mach – ondas acústicas que viajam mais rápido que a velocidade do som no material.

Simplificando, eles introduziram repórteres moleculares que acendem como uma árvore de Natal (ou neste caso um cone Mach) quando a velocidade do projétil excede a velocidade do som no material, semelhante ao estrondo que ocorre quando um caça a jato dispara. supersônico.

Simon, cujo grupo passou décadas trabalhando na introdução de sondas luminescentes ou de mudança de cor em materiais para entender como os materiais respondem a eventos mecânicos, está entusiasmado com este trabalho colaborativo.

“Durante anos, muitos grupos demonstraram ativação em materiais cuja deformação era visível a olho nu, limitando a aplicabilidade dessas sondas moleculares”, explica Simon.

“O que é realmente novo neste estudo é que ele nos fornece uma ferramenta única para observar o que acontece nas profundezas do material. Podemos ver como as ondas se propagam no material após o impacto.”

Este trabalho combinou alguns esforços computacionais pesados ​​com métodos analíticos avançados desenvolvidos no NIST para avaliar as consequências do impacto.

“Em termos simples, usamos uma arma microscópica para disparar microprojéteis contra materiais e usamos câmeras ultrarrápidas e microscopia avançada para obter algumas informações críticas sobre a energia absorvida e como ela é transmitida através do material”, diz Simon.

Além deste trabalho, essas sondas poderiam fornecer insights mais profundos sobre vários eventos impulsivos, incluindo lesões cerebrais traumáticas leves, fabricação de aditivos com spray frio ou impactos de hipervelocidade no espaço.

“Edwin Chan e sua equipe (NIST) foram fundamentais na realização deste projeto”, explica Simon. “Ele e eu éramos colegas de pós-graduação na Universidade de Massachusetts, Amherst, há muitas luas e essa amizade permitiu que este projeto visse a luz do dia.”