Novo método transforma fabricação de cerâmica e simplifica produção de designs celulares complexos

São PauloPesquisadores da Escola de Engenharia da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) desenvolveram uma maneira mais simples de fabricar cerâmicas celulares. Liderada pelo Professor Associado Yang Zhengbao do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial, essa nova técnica supera os desafios da manufatura aditiva tradicional. Nomeada estratégia de processamento em dois passos assistida por tensão superficial (STATS), essa inovação pode transformar indústrias que utilizam materiais cerâmicos, incluindo as áreas de energia, eletrônica e biomedicina.

A técnica STATS envolve duas etapas principais:

• Preparação de estruturas orgânicas celulares usando manufatura aditiva para formar configurações básicas.
• Preenchimento dessas estruturas com uma solução precursora contendo os constituintes necessários.

A equipe enfrentou um grande desafio para controlar a forma do líquido na estrutura de malha. Utilizaram a tensão superficial para manter o líquido estável na estrutura, o que lhes deu um controle preciso sobre a forma do líquido, resultando em processos de fabricação extremamente precisos.

Pesquisadores aprimoraram o design de cerâmicas celulares por meio de estudos teóricos e experimentais. Eles analisaram minuciosamente os detalhes geométricos das redes formadas por células unitárias e colunas para ajudar a criar interfaces fluidas em 3D. Isso resultou no desenvolvimento de cerâmicas celulares com diferentes tamanhos de células, formatos, densidades, estruturas e materiais. Separar o processo de fabricação dos ingredientes da construção da estrutura tornou esse método altamente programável.

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O novo processo apresenta várias vantagens. Diferente dos métodos tradicionais de fabricação de cerâmicas, que têm dificuldade em equilibrar porosidade e resistência mecânica, a técnica STATS cria estruturas que são porosas de forma geral, mas fortes em áreas específicas. Essa estrutura aprimorada melhora o desempenho das piezocerâmicas celulares. Os pesquisadores conseguiram um alto constante piezoelétrico de cerca de 200 pC N-1, mantendo mais de 90% de porosidade geral, o que representa um grande avanço em relação aos métodos atuais.

Inspirada por diatomáceas, algas unicelulares conhecidas por suas complexas paredes celulares de sílica, essa estratégia imita a precisão da natureza na produção de estruturas intricadas. As implicações são amplas, com possíveis aplicações em áreas como:

• Filtros
• Sensores
• Atuadores
• Robótica
• Eletrodos de baterias
• Células solares
• Dispositivos bactericidas

Este novo método está alinhado com as tendências atuais na engenharia de materiais, que combinam processamento de superfícies com novas técnicas de fabricação. A estratégia STATS pode contribuir para a criação de novas estruturas de materiais e sistemas inteligentes, impulsionando o progresso em diversas áreas tecnológicas. O Prof. Yang ressaltou que este método não apenas resolve problemas das técnicas tradicionais, como também oferece novas maneiras de projetar estruturas cerâmicas complexas. No futuro, essa abordagem pode resultar em dispositivos mais avançados e eficientes.