Cientistas misturam cristais de plantas com gelo e criam material 10 vezes mais forte, capaz de absorver 70 vezes mais energia antes de quebrar
A mistura transforma um material frágil em uma estrutura muito mais resistente
Um bloco de gelo comum pode se partir rapidamente quando uma rachadura começa a crescer. Cientistas da Universidade Hebraica de Jerusalém misturaram cristais microscópicos de plantas com uma proteína desenvolvida em laboratório e criaram o BioPykrete, um gelo reforçado com resistência à compressão 10 vezes maior que a do gelo convencional. O material também conseguiu absorver 70 vezes mais energia antes de quebrar, resultado que abre possibilidades para futuras construções em regiões muito frias.
Como os cientistas transformaram gelo comum em um material mais resistente?
Os pesquisadores adicionaram nanocristais de celulose à água antes do congelamento. Essas partículas são retiradas da celulose, substância natural que ajuda a dar estrutura às plantas, e possuem dimensões extremamente pequenas.
A pesquisa foi conduzida por uma equipe liderada pelo professor Ido Braslavsky. Segundo a Universidade Hebraica de Jerusalém, o objetivo era superar uma das principais limitações do gelo: a facilidade com que pequenas rachaduras podem provocar sua quebra.
Durante o congelamento, os cristais vegetais se organizam entre as regiões de gelo. Essa estrutura cria barreiras internas que dificultam o crescimento de fissuras quando o material recebe pressão.
Qual é a função dos cristais vegetais dentro do BioPykrete?
Os cristais de celulose formam uma rede de reforço que modifica a maneira como o gelo reage às forças externas. Em vez de deixar uma rachadura atravessar rapidamente o bloco, a rede cria obstáculos que dificultam esse avanço.
O material possui uma organização interna semelhante a pequenas células, com gelo envolvido pelas partículas de celulose. Essa distribuição ajuda a espalhar os esforços e impede que toda a estrutura se rompa de uma vez.
Três componentes participam dessa combinação, cada um com uma função:
Por que a proteína desenvolvida pelos pesquisadores faz tanta diferença?
A proteína funciona como uma cola microscópica entre o gelo e a celulose. Os cientistas combinaram uma parte capaz de se ligar ao gelo com outra que reconhece as fibras vegetais.
O resultado recebeu o nome de CBM3a-AFPIII. De acordo com o estudo original registrado pela Universidade Hebraica, a proteína ajudou a conectar os componentes e a formar uma estrutura interna mais resistente.
Para medir sua contribuição, a equipe comparou misturas preparadas com os mesmos materiais, mas sem a proteína. Quando ela foi adicionada, tanto a resistência à compressão quanto a energia absorvida antes da ruptura dobraram.
O que significa absorver 70 vezes mais energia antes de quebrar?
O resultado significa que o BioPykrete suportou uma quantidade muito maior de energia durante a deformação antes de se romper. Essa propriedade é diferente de simplesmente medir a pressão máxima que um bloco consegue suportar.
Imagine dois blocos pressionados por uma máquina. O gelo comum pode desenvolver uma rachadura que avança rapidamente. No material reforçado, a estrutura interna dificulta esse crescimento e permite uma quebra mais gradual.
Os resultados do experimento mostram duas melhorias distintas:
- Resistência à compressão: indica a capacidade do material de suportar forças que tentam esmagá-lo.
- Energia até a ruptura: mede quanta energia o material consegue absorver ao ser deformado antes de quebrar.
Uma linha parecida de pesquisa aparece em um material chinês que combina bambu e plástico para melhorar sua resistência. Nos dois casos, componentes de origem vegetal são utilizados para modificar propriedades mecânicas.
O gelo reforçado pode substituir o concreto na construção civil?
O BioPykrete ainda não pode ser considerado um substituto do concreto. Embora sua resistência à compressão tenha se aproximado da de concretos convencionais nos ensaios, faltam informações sobre seu desempenho fora do laboratório.
Uma estrutura construída com esse gelo precisaria permanecer em temperaturas adequadas e resistir a cargas durante longos períodos. O experimento ainda não demonstrou que o material consiga manter suas propriedades nessas condições.
O BioPykrete também se inspira em uma invenção anterior chamada Pykrete, desenvolvida no século passado com gelo e polpa de madeira. A nova versão utiliza partículas vegetais microscópicas e uma proteína projetada especificamente para melhorar a ligação entre elas.
Onde esse material poderia ser utilizado no futuro?
Os pesquisadores consideram possíveis aplicações em regiões polares, onde o transporte de aço, concreto e outros materiais pode exigir operações difíceis e caras. Em locais que permanecem congelados, parte da matéria-prima necessária poderia estar disponível no próprio ambiente.
A origem vegetal da celulose também desperta interesse por possíveis alternativas de menor impacto ambiental. Entretanto, ainda será necessário medir a energia utilizada na fabricação e avaliar o ciclo de vida do produto antes de confirmar vantagens ambientais.
O principal desafio agora é estudar a durabilidade do BioPykrete. A equipe precisa descobrir como ele reage a repetidos congelamentos e descongelamentos e se muda de forma quando sustenta peso por muito tempo.
Esses testes determinarão se a resistência observada nas pequenas amostras pode ser mantida em peças maiores. Até lá, o BioPykrete continua sendo uma descoberta experimental com resultados mecânicos expressivos, mas sem aplicação estrutural comercial comprovada.
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