Os compósitos de aerogel de aramida-cerâmica combinam isolamento leve, resistência mecânica e resistência ao desgaste para aplicações aeroespaciais, eletrônicas e de equipamentos de proteção.
Enfrentando ambientes hostis com compósitos de aramida-cerâmica
Materiais resistentes ao desgaste e com isolamento térmico, projetados para ambientes agressivos, frequentemente enfrentam desafios inesperados durante o desenvolvimento e a fabricação. Por um lado, o material deve manter propriedades específicas — como resistência ao impacto —, mas, por outro, seu desempenho muitas vezes se degrada (especificamente, a resistência ao calor diminui) em altas temperaturas. Consequentemente, a criação de têxteis duráveis para proteção térmica geralmente requer processos de fabricação complexos que envolvem a combinação de múltiplos materiais.
Aramida fibras São amplamente utilizados em aplicações de proteção — como equipamentos para bombeiros e socorristas — devido às suas excelentes propriedades mecânicas. No entanto, suas características térmicas limitam sua utilidade; sua condutividade térmica relativamente alta e a natureza polimérica sensível à temperatura dificultam o fornecimento de proteção térmica adequada em uma ampla faixa de temperaturas, mantendo simultaneamente uma resistência mecânica robusta.
Em contrapartida, os aerogéis cerâmicos oferecem capacidades de isolamento excepcionais graças à sua estrutura mesoporosa, que apresenta uma elevada área superficial específica e baixa densidade. No entanto, estes materiais ultraleves sofrem de fragilidade mecânica e baixo desempenho mecânico.
Pesquisadores da Universidade de Buffalo combinaram os pontos fortes de ambos os materiais para desenvolver um nanocompósito de aerogel de aramida/cerâmica resistente ao desgaste, que apresenta propriedades mecânicas e térmicas excepcionais.
(Por exemplo, este nanocompósito de aerogel de aramida repousando sobre um botão de flor)
Uma amostra do novo nanocompósito de aerogel de aramida é mostrada repousando sobre um botão de flor, demonstrando a leveza do material. Essas características tornam o novo nanocompósito um candidato promissor para a produção de baixo custo de têxteis vestíveis destinados ao uso em ambientes hostis, incluindo os setores aeroespacial, eletrônico e de equipamentos de proteção individual.
Uma equipe liderada por um professor da Universidade de Buffalo relatou suas descobertas sobre esse compósito avançado de aerogel de aramida-cerâmica, apresentando um material com baixa densidade (0,08 g cm⁻³), baixa condutividade térmica (0,034 W m⁻¹ K⁻¹) e alta compressibilidade, além de uma resistência à compressão de 1,1 MPa. O processo envolve a preparação de um tecido de aerogel de aramida por meio de uma reação de reticulação in situ entre
fibras de aramida e precursores de aerogel de sílica (HCl, micelas de CTAB, ureia e silicato de sódio). A Nanowerk descreve o processo de fabricação: "Empregamos uma estratégia de fabricação simples e escalável para produzir o nanocompósito por meio de uma reação de reticulação in situ entre aerogel de sílica nanoporoso e fibras de aramida; as fibras do nanocompósito resultante formam uma rede 3D interconectada com uma matriz de sílica mesoporosa oca." A estrutura da fibra de aerogel apresenta uma rede porosa interconectada e um alto teor de ar aprisionado, conferindo ao compósito de fibra de aramida-aerogel um desempenho de isolamento térmico excepcional, mesmo em ambientes extremos que variam de -196 °C a 400 °C.
A chave para este método de fabricação é a reticulação in situ que ocorre entre os precursores de aerogel de sílica e as fibras de aramida. Durante o processo de secagem à pressão ambiente, os precursores se transformam em aerogel de sílica nanoporoso e se depositam sobre as fibras de aramida. As fibras de aramida formam uma rede de percolação, enquanto o aerogel de sílica se reticula e se deposita sobre essa rede de fibras. A ligação interfacial entre as fibras de aramida e o aerogel, estabelecida durante a gelificação, impede ainda mais o colapso da rede de fibras.
Após demonstrar com sucesso as propriedades superiores desse material isolante nanocompósito, a equipe agora está investigando aplicações específicas, incluindo isolamento térmico e sistemas resistentes ao desgaste, blindagem resistente a impactos e componentes estruturais para aplicações sensíveis à temperatura.
