Cientistas da Universidade Federal dos Urais (UrFU), em colaboração com investigadores do Instituto de Química do Estado Sólido da Academia Russa de Ciências, desenvolveram seis formulações de cerâmicas de alta entropia capazes de suportar temperaturas de até 2100 ºC e elevados níveis de radiação. O material poderá ser utilizado na produção de revestimentos de protecção térmica para equipamentos aeroespaciais e noutras aplicações sujeitas a condições extremas.
A nova cerâmica pertence a uma classe de materiais conhecida como óxidos de alta entropia, constituídos por cinco ou mais componentes que formam uma única solução sólida e partilham a mesma estrutura cristalina. Segundo os investigadores, a possibilidade de variar os componentes permite ajustar as propriedades térmicas e eléctricas do material em função da aplicação pretendida.
“Trabalhamos com materiais de alta entropia, uma nova classe de óxidos complexos constituídos por cinco ou mais componentes. Estes materiais não são compósitos, mas sim uma única solução sólida de cinco ou mais componentes que formam uma rede cristalina comum. Ao variar esses componentes, podemos influenciar as propriedades das cerâmicas”, explicou Roman Bastrikov, engenheiro do Departamento de Metais Raros e Nanomateriais da UrFU e um dos autores do estudo.
Durante os testes, os investigadores verificaram que as diferentes formulações apresentaram elevada resistência a temperaturas extremas e à radiação. Algumas amostras permaneceram praticamente inalteradas após exposição à irradiação, enquanto materiais convencionais utilizados como referência sofreram alterações estruturais.
“Todas as amostras apresentam elevada resistência à radiação e algumas formulações não foram afectadas pela irradiação. O óxido de zircónio estabilizado, por exemplo, sofre alterações estruturais quando exposto às mesmas doses de radiação”, afirmou Bastrikov.
Outro factor considerado pelos investigadores é a baixa condutividade térmica da nova cerâmica, inferior à do óxido de zircónio estabilizado. Esta característica pode ajudar a reduzir a transferência de calor e, consequentemente, a degradação do material quando submetido a temperaturas elevadas.
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O material apresenta ainda um coeficiente de expansão térmica semelhante ao de alguns metais. Esta propriedade pode reduzir as tensões e deformações quando a cerâmica é aplicada sobre uma base metálica sujeita a variações de temperatura, aumentando potencialmente a durabilidade dos componentes.
Além da indústria aeroespacial, os investigadores apontam possíveis aplicações em células de combustível de óxido sólido, onde o material pode funcionar como electrólito, bem como em substratos e isolantes para sistemas electrónicos embarcados. As cerâmicas poderão também ser utilizadas em componentes estruturais destinados a aplicações hipersónicas, incluindo aeronaves e veículos espaciais sujeitos a temperaturas e condições ambientais extremas.
Segundo a equipa, as diferentes formulações permitem seleccionar o material em função da combinação de propriedades necessária para cada aplicação. Os investigadores pretendem continuar a desenvolver a tecnologia e estabelecer colaborações com parceiros industriais para avaliar possíveis aplicações comerciais.
Fonte: TV Brics
