Cerâmica imita ossos e cicatriza sozinha em um minuto

Redação do Site Inovação Tecnológica

A cura da cerâmica acontece na temperatura típica de operação das turbinas de avião, onde elas deverão ser usadas. [Imagem: Toshio Osada et al. - 10.1038/s41598-017-17942-6]

Cerâmica com autocicatrização

Usando uma analogia com os mecanismos de cicatrização óssea dos animais, pesquisadores da Universidade Nacional de Yokohama, no Japão, adicionaram um ativador de cicatrização a uma cerâmica industrial que permitiu que a cerâmica eliminasse completamente rachaduras em apenas um minuto.

As cerâmicas com capacidade de autocura foram descobertas por um grupo de pesquisa da mesma universidade em 1995. Leves e resistentes ao calor, elas atraíram a atenção global pelo seu potencial uso como material para turbinas em motores de aviões.

No entanto, os mecanismos da autocura não foram totalmente compreendidos e as rachaduras são curadas completamente apenas dentro de uma faixa de temperatura entre 1.200 e 1.300° C por longos períodos no forno. Desde então, várias equipes vêm tentando identificar o mecanismo de autocura para desenvolver cerâmicas de autocura rápida dentro de uma faixa de temperatura maior.

Cerâmica cicatriza como osso

Toshio Osada e seus colegas descobriram agora que as cerâmicas que se cicatrizam sozinhas passam por três estágios de cura análogos aos processos de cicatrização óssea: inflamação, reparo e remodelação.

Quando uma cerâmica racha, o oxigênio entra através da rachadura e reage com o carbeto de silício - um componente cerâmico - para formar dióxido de silício (o estágio de inflamação). A alumina - um material cerâmico básico - e o dióxido de silício reagem então para formar um material de enchimento, selando a fenda (o estágio de reparo). Finalmente, o material de preenchimento cristaliza para restaurar a resistência original na parte quebrada (o estágio de remodelação).

Ampliando a analogia, com base no fato de que a rede de fluidos corporais nos seres humanos é essencial para a cicatrização dos ossos danificados, Osada adicionou uma quantidade-traço de um ativador de cicatrização - óxido de manganês - aos limites entre os grãos de alumina na cerâmica, que formam uma estrutura de rede 3D.

O resultado não poderia ser melhor: As cerâmicas cicatrizaram em apenas um minuto a 1.000° C, em comparação com as cerâmicas de autocura convencionais, que cicatrizam as fissuras depois de 1.000 horas a temperaturas mais elevadas. E 1.000° C é justamente a temperatura de operação das turbinas de avião, o que significa que o material estará operando na temperatura perfeita para que ela se recupere de qualquer dano eventual.

Com base nesses resultados, a equipe está partindo agora para sintetizar cerâmicas resistentes ao calor que nunca se romperão quando rachadas. Para isso, eles planejam selecionar os melhores ativadores de cicatrização e manipular com precisão sua dispersão nos grânulos do material, melhorando a capacidade de autocura da cerâmica.

Bibliografia:

A Novel Design Approach for Self-Crack-Healing Structural Ceramics with 3D Networks of Healing Activator
Toshio Osada, Kiichi Kamoda, Masanori Mitome, Toru Hara, Taichi Abe, Yuki Tamagawa, Wataru Nakao, Takahito Ohmura
Nature Scientific Reports
Vol.: 7, Article number: 17853
DOI: 10.1038/s41598-017-17942-6