Materiais inteligentes – Conheça os “Smart Materials”

Publicado por Materiais Júnior em março 17, 2021março 17, 2021

Historicamente, a vida humana é conhecida como vida inteligente pelo fato de os seres humanos serem capazes de se adaptar a diferentes condições   e também de evoluir, enfrentar problemas e adversidades desde os tempos mais antigos até os dias atuais, buscando criar soluções para assegurar melhores condições de vida e até para sobreviver.

Muitas dessas soluções foram, e ainda são, garantidas pela manipulação do ambiente à nossa volta e também pelo estudo e a descoberta de diferentes materiais e as suas aplicações.

O futuro aguardado pela nossa sociedade, é o futuro que pretende hospedar materiais que se alteram tanto na sua forma como também nas suas propriedades de maneira insistente e controlada respondendo a estímulos externos, onde em nosso cenário atual já temos alguns exemplos destes que por sua vez são conhecidos como os “Smart Materials” – Materiais inteligentes.

O que são os materiais inteligentes?

Os Materiais inteligentes são classificados dessa forma pois, assim como os seres vivos, possuem a capacidade de reagir a um estímulo exterior e portar comportamentos adaptativos. O diferencial desse tipo de material é, também, reagir a esse estímulo de forma semelhante às reações biológicas de auto regulação sofrida pelos organismos e sistemas naturais. Dentre esses estímulos, pode-se destacar aqueles que são gerados por tensões mecânicas como também a variação de temperaturas, e estímulos eletromagnéticos. Essa propriedade discernida aos materiais inteligentes é conhecida como excitabilidade.

Além de serem conhecidos como materiais inteligentes, há diversos outros termos empregados a eles, como materiais ativos, adaptativos ou multifuncionais. Essencialmente, esses termos são utilizados porque estes sólidos possuem a capacidade de modificar suas propriedades e apresentar diferentes comportamentos em cada cenário em que é utilizado, nas quais as possibilidades de aplicações vem crescendo cada vez mais.

Como esses materiais conseguem fazer isso?

Em suma, para que os materiais inteligentes consigam desprender tais características, é de extrema importância ter ciência da forma como a microestrutura destes estão organizadas, e também o processamento necessário para as obter. É através da microestrutura que se cria uma forma de “acoplamento” entre as características de grandezas e campos que um material porta e que trabalham em conjunto. 

O exemplo clássico de Smart Material são as Ligas de memória de forma, que quando deformadas plasticamente, ao aquecê-las nesse estado em determinada temperatura (estímulo externo), elas retornam ao seu formato original. Portanto, esse tipo de material apresenta acoplamentos termomecânicos. As ligas com memória de forma são utilizadas para a fabricação de diversos componentes em setores como aeroespacial, naval e médico. 

Leia nosso artigo sobre, as Ligas de Memória de Forma.

No que diz respeito a multifuncionalidade, o Grafeno é outro material que se destaca e promete trazer revolução para o futuro das indústrias e da tecnologia.

Exemplos de Materiais Inteligentes

Materiais Piezoelétricos 

Esses materiais possuem um acoplamento eletromecânico recíproco, ou seja, quando submetidos a esforços mecânicos, eles conseguem transformar essa energia em potenciais elétricos. Da mesma forma, quando um campo elétrico é aplicado, o material apresenta deformação mecânica. Este fenômeno piezoelétrico se dá por consequência de fundamentos baseados na indução por dipolo elétrico. Os materiais piezoelétricos são bastante aplicados na fabricação de sensores e atuadores utilizados na automação de indústrias, robótica e até em aeronaves.

Shrilk

Dentre as várias possibilidades para a criação de novos materiais e para que o uso dos materiais inteligentes seja uma realidade cotidiana, é preciso a manipulação da natureza para tal, e para que isso continue acontecendo, prezar incansavelmente pelo ecossistema e o meio ambiente que oferece seus diversos recursos a nós é necessário.

Por isso a criação e a evolução dos materiais biodegradáveis como o Shrilk são de extrema importância. O Shrilk para os pesquisadores é o principal substituto do plástico já que seu tempo de decomposição é muito menor e além do mais, pode funcionar como estimulante para o crescimento de plantas e dessa forma materializar um futuro melhor ao mundo em nossa volta.

Shrilk mimetizando uma asa de borboleta. Fonte

Materiais Cromoativos 

Os Cromoativos têm a capacidade de alterar sua cor a partir do momento em que são submetidos a variações de temperaturas, raios luminosos, pressão, entre outras condições que envolvem as propriedades físicas e ópticas. 

Metamateriais 

A classe dos metamateriais leva esse nome por conta de todos serem sintetizados artificialmente e também por possuírem propriedades que vão contra as leis “impostas” pela natureza. Estas propriedades se dão pela forma como é arquitetada a microestrutura desses materiais e não pela composição química em si.

Um exemplo interessante que envolve as propriedades deste grupo é o descobrimento dos materiais que possuem a capacidade de curvar ondas eletromagnéticas da luz, podendo originar índices de refração negativa, o que para a ciência era algo impossível há algumas décadas atrás.

 Os metamateriais prometem futuramente atuar em campos diferenciados, já que a manipulação arquitetônica da sua estrutura pode originar incontáveis características. O desafio atual é propor uma forma de que essa manipulação estrutural seja feita em larga escala para que os metamateriais sejam utilizados de forma viável.

Ligas de alta entropia 

As ligas de alta entropia (LAE) são ligas metálicas compostas por quatro ou mais elementos misturados com quantidades relativamente aproximadas, originando uma solução sólida desordenada.

A origem desse tipo de liga traz revolução na classe dos materiais metálicos por apresentar propriedades potencializadas comparadas às ligas comerciais. Isso se dá pelo fato de que as ligas multicomponentes – modo como também as LAE’s são conhecidas – possuírem a entropia de mistura bastante elevada. 

Uma curiosidade interessante que envolve as ligas multicomponentes é que, se considerar todos os elementos metálicos presentes na tabela periódica e variar a composição de 1 em 1%, a possibilidade de criar novas ligas é de um número próximo a 10^90!