Pesquisadores da California Institute of TechnologyCaltech reinventaram técnica para impressão 3D em nanoescala e, agora, a equipe pretende imprimir objetos mil vezes menores: 150 nanômetros, o que é comparável ao tamanho de um vírus de gripe. A nova técnica é semelhante à anunciada em 2022, mas com cada etapa do processo reimaginada para funcionar em nanoescala. No entanto, isto apresenta um desafio adicional: os objetos fabricados não são visíveis a olho nu nem facilmente manipuláveis, segundo publicação do Caltech.
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O processo começa com a preparação de um “coquetel” fotossensível composto em grande parte por um hidrogel, uma espécie de polímero que pode absorver muitas vezes seu próprio peso em água. Este coquetel é então endurecido seletivamente com um laser para construir uma estrutura 3D no mesmo formato dos objetos metálicos desejados.
As partes de hidrogel são então infundidas com uma solução aquosa contendo íons de níquel. Uma vez saturadas com íons metálicos, as peças são cozidas até que todo o hidrogel seja queimado, deixando as peças com o mesmo formato do original, embora encolhidas, e consistindo inteiramente de íons metálicos que agora estão oxidados (ligados a átomos de oxigênio). Na etapa final, os átomos de oxigênio são quimicamente removidos das peças, convertendo o óxido metálico novamente em uma forma metálica.
A surpresa da última etapa
Segundo a pesquisadora Julia R. Greer, que conduziu a pesquisa, os muitos defeitos que enfraquecem uma peça metálica em maior escala fortalecem as peças em nanoescala.
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Quando um pilar está livre de defeitos, a falha ocorre catastroficamente ao longo do que é conhecido como limite de grão – o local onde os cristais microscópicos que compõem o material se chocam. Mas quando o material está cheio de defeitos, uma falha não pode se propagar facilmente de um contorno de grão para o próximo. Isso significa que o material não irá falhar repentinamente porque a deformação será distribuída de maneira mais uniforme por todo o material.
Criação de componentes úteis
Greer acredita que esta é uma das primeiras demonstrações de impressão 3D de estruturas metálicas em nanoescala. Ela observa que o processo poderia ser usado para criar muitos componentes úteis, como catalisadores para hidrogênio; eletrodos de armazenamento para amônia e outros produtos químicos isentos de carbono; e partes essenciais de dispositivos como sensores, microrobôs e trocadores de calor.
“Estávamos originalmente preocupados”, diz ela. "Pensamos: 'Nossa, essa microestrutura nunca vai levar a nada de bom', mas, aparentemente, não tínhamos motivo para nos preocupar porque descobrimos que não é nem mesmo um prejuízo. Na verdade, é um recurso".
*Imagem de capa: Depositphotos
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