Pola­meros reforçados com fios ultrafinos de fibras de carbono sintetizam materiais compostos que são "leves como uma pena e fortes como o aa§o", o que os torna aplicações versa¡teis em vários setores. Adicionar materiais chamados nanotubos de carbono pode aumentar ainda mais a funcionalidade dos compósitos. Mas os processos químicos usados ​​para incorporar nanotubos de carbono acabam espalhando-os de forma desigual nos compósitos, limitando a resistência e outras qualidades aºteis que podem ser finalmente alcana§adas.

Em um novo estudo, os pesquisadores da Texas A&M University usaram um produto vegetal natural, chamado nanocristais de celulose , para fixar e revestir nanotubos de carbono uniformemente sobre os compostos de fibra de carbono. Os pesquisadores disseram que o manãtodo prescrito émais rápido do que os manãtodos convencionais e também permite o projeto de compostos de fibra de carbono em nanoescala.

Os resultados do estudo foram publicados on-line na revista American Chemical Society (ACS) Applied Nano Materials .

Os compostos são construa­dos em camadas. Por exemplo, compósitos de pola­mero são feitos de camadas de fibra, como fibras de carbono ou Kevlar, e uma matriz de pola­mero. Essa estrutura em camadas éa fonte da fraqueza dos compósitos. Qualquer dano a s camadas causa fraturas, um processo tecnicamente conhecido como delaminação.

Para aumentar a resistência e dar aos compostos de fibra de carbono outras qualidades desejáveis, como condutividade elanãtrica e tanãrmica, são frequentemente adicionados nanotubos de carbono. No entanto, os processos químicos usados ​​para incorporar os nanotubos de carbono nesses compostos muitas vezes fazem com que as nanoparta­culas se aglutinem, reduzindo o benefa­cio geral da adição dessas partículas

"O problema com as nanoparta­culas ésemelhante ao que acontece quando vocêadiciona caféem pa³ grosso ao leite - o pa³ aglomera-se ou cola-se um ao outro", disse o Dr. Amir Asadi, professor assistente do Departamento de Tecnologia de Engenharia e Distribuição Industrial. "Para tirar o ma¡ximo proveito dos nanotubos de carbono, eles precisam ser separados um do outro primeiro e, em seguida, de alguma forma projetados para ir a um local especa­fico dentro do composto de fibra de carbono."

Para facilitar a distribuição uniforme dos nanotubos de carbono, Asadi e sua equipe se voltaram para os nanocristais de celulose , um composto facilmente obtido da polpa de madeira reciclada. Esses nanocristais tem segmentos em suas moléculas que atraem águae outros segmentos que são repelidos pela a¡gua. Esta estrutura molecular única oferece a solução ideal para construir compósitos em nanoescala, disse Asadi.

A parte hidrofa³bica dos nanocristais de celulose se liga a s fibras de carbono e as ancora na matriz polimanãrica. Por outro lado, as porções atraentes de águados nanocristais ajudam a dispersar as fibras de carbono uniformemente, da mesma forma que o açúcar, que éhidrofa­lico, se dissolve na águade maneira uniforme, em vez de se aglomerar e se estabelecer no fundo de uma xa­cara.

Para seus experimentos, os pesquisadores usaram um pano de fibra de carbono dispona­vel comercialmente. A este pano, eles adicionaram uma solução aquosa de nanocristais de celulose e nanotubos de carbono e, em seguida, aplicaram forte vibração para misturar todos os itens juntos. Finalmente, eles deixaram o material secar e espalhar resina sobre ele para formar gradualmente o composto de pola­mero revestido com nanotubo de carbono .

Ao examinar uma amostra do compa³sito por meio de microscopia eletra´nica, Asadi e sua equipe observaram que os nanocristais de celulose se fixam nas pontas dos nanotubos de carbono, orientando os nanotubos na mesma direção. Eles também descobriram que os nanocristais de celulose aumentaram a resistência do compa³sito a  flexa£o em 33% e sua resistência interlaminar em 40% com base na medição das propriedades meca¢nicas do material sob carga extrema.

"Neste estudo, adotamos a abordagem de projetar os compósitos em nanoescala usando nanocristais de celulose. Esse manãtodo nos permitiu ter mais controle sobre as propriedades dos compósitos polimanãricos que emergem na macroescala", disse Asadi. "Acreditamos que nossa técnica éum caminho a seguir na ampliação do processamento de compósitos ha­bridos, que sera£o aºteis para uma variedade de indaºstrias, incluindo a indústria aanãrea e automobila­stica."