Especialistas combinam substâncias para criar uma matéria estranha, dura e elástica

Telas de smartphones à prova de quebra podem ser uma aplicação de um novo material híbrido que mescla múltiplas propriedades incongruentes em uma única substância. O material possui simultaneamente a dureza e a resistência de uma cerâmica, a elasticidade deformável da borracha e a remodelabilidade de um plástico. “Esta combinação de propriedades num único material é tão única que as suas utilizações potenciais são limitadas principalmente pela nossa imaginação”, diz LIU Zhaoming, professor do Departamento de Química da Universidade de Zhejiang, em Hangzhou, China. Liu co-liderou a pesquisa.Tradicionalmente, polímeros orgânicos macios e elásticos criam materiais com propriedades elásticas e plásticas, enquanto materiais inorgânicos têm maior probabilidade de formar cerâmicas duras. Tentativas anteriores de combinar compostos orgânicos e inorgânicos em materiais híbridos foram limitadas pelas suas naturezas químicas contrastantes, explica Liu. Os compostos inorgânicos são normalmente mantidos juntos por ligações iónicas, raramente existindo em formas moleculares puras. Em vez disso, tendem a formar cristais sólidos ou a dissociar-se numa solução de iões livres em água. Pense em cloreto de sódio ou sal de cozinha. Os compostos orgânicos, em contraste, são tipicamente mantidos juntos por ligações covalentes e existem facilmente em formas moleculares. Essa diferença torna um desafio combinar compostos orgânicos e inorgânicos em escala molecular. Em 20191, Liu e os seus colegas da Universidade de Zhejiang, incluindo o professor TANG Ruikang, encontraram uma forma potencial de contornar este problema. “Descobrimos que poderíamos usar pequenas moléculas orgânicas como 'agentes de proteção' para estabilizar o carbonato de cálcio, um composto iônico inorgânico, na forma molecular”, diz ele. Em seu trabalho mais recente, a equipe usou essa abordagem para fazer um novo híbrido orgânico-inorgânico. molécula2, usando uma reação ácido-base para conectar os oligômeros de carbonato de cálcio a uma molécula orgânica, o ácido tióctico. Quando estas moléculas foram processadas sob pressão a 120°C, as partes orgânicas e inorgânicas da molécula reagiram com moléculas vizinhas, reticulando-se para formar um sólido com regiões orgânicas e inorgânicas altamente integradas. Liu diz. “A primeira vez que fizemos esse material, pensamos que era como um plástico rígido”, diz ele. As surpresas começaram quando eles pressionaram uma ponta afiada no material usando uma técnica chamada nano-indentação, usada para investigar propriedades mecânicas de materiais sólidos em nanoescala. “O material híbrido era muito duro, como uma cerâmica”, diz Liu. “Mas quando fizemos um recuo e depois retraímos a ponta, o material recuou, recuperando sua forma como borracha.” A dureza e a elasticidade não eram as únicas propriedades paradoxais do material híbrido. A equipe descobriu que sob alta temperatura e pressão ele poderia ser remodelado, o que significa que poderia ser reciclado para um novo uso. “Chamamos o material de 'elástico-cerâmico-plástico' porque combina todas as três características”, diz Liu. Quando se trata de aplicações deste material no mundo real, Liu diz que uma possibilidade é uma tela de smartphone que seja dura e forte, mas não frágil. “Com sua combinação de dureza e resiliência à fratura, ele também poderia ser usado para implantes ósseos ou outros materiais médicos”, sugere ele. O elástico-cerâmico-plástico pode ser apenas o primeiro de uma nova família de materiais, acrescenta Liu. “A inovação fundamental deste trabalho é que fundimos a química orgânica e inorgânica em escala molecular”, diz ele. “Com este método, poderíamos fazer muitas moléculas híbridas, talvez combinando outras propriedades paradoxais.”