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A V A N Ç O S E T E C N O L O G I A Impressão 3D Um material elástico que muda de cor, conduz eletricidade, pode ser impresso em 3D e também é biodegradável? Isso não é apenas uma ilusão científica: os pesquisadores da Empa do laboratório Cellulose & Wood Materials em Dübendorf (Suíça) produziram um material com essas propriedades exatas com base em celulose e nanotubos de carbono. Os pesquisadores começaram com a HPC (hidroxipropilcelulose), comumente usada como excipiente em produtos farmacêuticos, cosméticos e alimentícios, entre outros. Quando misturado com água HPC é conhecido por formar cristais líquidos. Esses cristais têm uma propriedade notável: dependendo de sua estrutura – que depende da concentração de HPC, entre outras coisas – eles brilham em cores diferentes, embora eles próprios não tenham cor ou pigmento. Esse fenômeno é chamado de coloração estrutural e é conhecido por ocorrer na natureza: penas de pavão, asas de borboleta e pele de camaleão obtêm toda ou parte de sua coloração brilhante não de pigmentos, mas de estruturas microscópicas que dividem a luz do dia (branca) em cores espectrais e refletem apenas os comprimentos de onda para cores específicas. A coloração estrutural do HPC muda não apenas com a concentração, mas também com a temperatura. Para explorar melhor essa propriedade, os pesquisadores, liderados por Gustav Nyström, adicionaram 0,1% em peso de nanotubos de carbono à mistura de HPC e água. Isso torna o líquido eletricamente condutivo e permite que a temperatura e, portanto, as cores dos cristais líquidos sejam controladas pela aplicação de uma voltagem. Como um bônus, o carbono atua como um absorvedor de banda larga que torna as cores mais profundas. Ao incorporar uma pequena quantidade de nanofibras de celulose na mistura, a equipe de Nyström também conseguiu torná-la imprimível em 3D sem afetar a coloração estrutural e a condutividade elétrica. 26 3D Printing Can an elastic material that changes color, conducts electricity, and be 3D printed and biodegradable? This is not just a scientific illusion: Scientists from Empa’s Cellulose & Wood Materials laboratory in Dübendorf (Switzerland) have produced a material with these exact properties based on cellulose and carbon nanotubes. The scientists started with hydroxypropyl cellulose (HPC), commonly used as an excipient in pharmaceuticals, cosmetics, and food products. When mixed with water, HPC is known to form liquid crystals. These crystals have a remarkable property: depending on their structure – which depends on the concentration of HPC, among other things – they glow in different colors. However, they, by themselves, have no color or pigment. This phenomenon is called structural coloration and is known to occur in nature: peacock feathers, butterfly wings, and chameleon skin get all or part of their bright coloration not from pigments but from microscopic structures that divide daylight (white) into spectral colors and reflect only the wavelengths for specific colors. The structural coloration of HPC changes not only with concentration but also with temperature. To further explore this property, the scientists, led by Gustav Nyström, added 0.1% by weight of carbon nanotubes to the HPC and water mixture. This makes the liquid electrically conductive and allows the temperature and, therefore, the color of the liquid crystals to be controlled by applying a voltage. As a bonus, carbon is a broadband absorber that makes colors deeper. By incorporating a small number of cellulose nanofibers into the mixture, Nyström’s team could make it 3D printable without affecting structural coloration and electrical conductivity. Fotos: divulgação
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