Fumaça congelada em aerogel

Um monolito de aerogel repousa sobre a planta.

Imagine um tubo de 1 metro de raio e 5 quilômetros de comprimento. Você poderia se locomover dentro do tubo, sem dificuldades. Acredito até que muitos presidiários dariam uma fortuna se você passasse tal tubo por debaixo dos muros de suas residências. Agora, voltando ao tubo, reduza-o às medidas de um fio de cabelo – que tem suas dimensões cerca de 20 mil vezes menores em relação ao tubo inicial. Agora, reduza este fio de cabelo numa proporção um pouco maior que a utilizada para reduzir aquele tubo quilométrico:  umas 30 mil vezes. Pois bem, agora chegamos aonde o escopo do blog quer: a escala nanométrica. Bem, na verdade, o comecinho inferior desta escala. Agora, ao invés de cabelos, temos que utilizar como exemplos os nanotubos de carbono (veja a figura abaixo).

Nanotubos de carbono. A) Nanotubo monofolhado. B) Nanotubo multifolhado.
(Hirsch A. F. Angew Chem. 2002;114:1933–1939)

Os nanotubos de carbono são, ao lado das nanopartículas de prata, vedetes do mundo nano. E a fama deles não vem apenas do tamanho, mas é uma combinação deste com a sua dureza e as suas propriedades elétricas, totalmente diferentes das que são obtidas com os derivados de carbono convencionais.

Uma das bolas da vez na área veio da University of Central Florida, dos Estados Unidos. Pesquisadores de lá conseguiram recentemente sintetizar um novo tipo de “fumaça congelada” utilizando nanotubos de carbono multifolhados (nanotubos de carbono contendo, em seu interior oco, nanotubos de carbono adicionais – ver nanotubo B na figura acima). Esta "fumaça congelada" é tecnicamente denominada aerogel. As propriedades deste material são de encher os olhos.

Aerogel de nanotubos de carbono multifolhados visto com microscópio. Um gel nada mais é do que uma estrutura formada pela retenção de um líquido por uma rede tridimensional sólida. A estrutura do aerogel é diferente daquela do gel convencional basicamente pelo fato de o ar substituir o líquido dentro da rede 3D
(fonte: http://www.aerogel.org/?p=945)

Um monolito de aerogel. Baixíssima densidade.

Um tijolo pesando 2,5 kg é suportado por um bloco de aerogel de nanotubos de carbono de apenas 2 g.
(Fonte: www.stardust.jpl.nasa.gov/photo/aerogel.html)

A densidade deste novo aerogel é de 4 mg/ml (CNTP), acredite.  É a menor densidade já atingida para este material. Para que você tenha noção, caro navegante, em relação a este aerogel de nanotubos a densidade da água é cerca de 250 vezes maior, enquanto a densidade do ar atmosférico seco é cerca de apenas 3 vezes menor! Essa baixíssima densidade foi obtida através do aumento da força de interação entre os nanotubos da rede 3D do aerogel. Quanto maior a força desta interação, menor a quantidade de nanotubos necessária para a formação e manutenção da rede tridimensional, e maior a quantidade de espaços vazios (ou melhor, cheios de ar) que pode ser mantida na estrutura.

Qual a serventia deste material? A lista de aplicações não para de crescer. Este material tem potencial para ser utilizado como/em isolante térmico de alto desempenho (figura abaixo), condutor elétrico sensível à pressão (este material pode ser comprimido, repetidas vezes, para 5% do seu volume original e retornar ao volume inicial sem perder sua forma; o interessante é que mudanças em seu volume mudam significativamente a sua condutância elétrica), suporte para catalisadores (imagine a enorme área de contato de um catalisador, disposto sobre os nanotubos, com os substratos de uma reação nesta finíssima rede 3D), bateria de alto desempenho, conversor de energia, etc. A NASA (a agência aeroespacial estadounidense), particularmente, tem financiado muitas pesquisas com os aerogéis, visto que este material tem demonstrado potencial para ser utilizado em diversos equipamentos aeroespaciais.

Aerogéis são excelentes isolantes térmicos, visto que com este tipo de material é possível manter uma enorme quantidade de camadas finíssimas de espaço livre separando o parco material sólido da rede 3D. A condutividade térmica é, portanto, baixíssima.
(Fonte: www.stardust.jpl.nasa.gov/photo/aerogel.html)

Fontes: Zou et al., ACS Nano (2010) 4, 7293. Ver também o sítio www.stardust.jpl.nasa.gov/photo/aerogel.html