“Metamaterial” refere-se a um material compósito com estruturas projetadas artificialmente que demonstram propriedades físicas extraordinárias não encontradas em materiais naturais.
Surgidos no século 21, os metamateriais representam uma classe de novos materiais que possuem propriedades especiais ausentes em materiais naturais, sendo essas propriedades originadas principalmente de estruturas únicas projetadas artificialmente.
O conceito de design dos metamateriais é inovador. Esta ideia baseia-se em quebrar as restrições de certas leis naturais aparentes, projetando várias estruturas físicas, alcançando assim funções materiais extraordinárias.
O conceito de design de metamateriais sugere que, sem violar as leis físicas básicas, os humanos podem criar artificialmente “novas substâncias” com propriedades físicas extraordinárias, distintamente diferentes das da natureza, levando o design e o desenvolvimento de materiais funcionais a um domínio totalmente novo.
Exemplos típicos de “metamateriais” incluem “materiais canhotos”, cristais fotônicos, “materiais supermagnéticos” e “água metálica”.
Seis categorias de materiais avançados
1. Material Autocurativo – Plástico Biomimético
Scott White, da Universidade de Illinois, desenvolveu um tipo de plástico biomimético com capacidade de autocura. Este polímero incorpora um “sistema vascular” feito de líquido. Quando danificado, o líquido escorre como sangue e coagula.
Ao contrário de outros materiais que só podem reparar fissuras minúsculas, este plástico biomimético pode reparar fraturas de até 4 milímetros de largura.
2. Materiais Termoelétricos
Uma empresa chamada Alphabet Energy desenvolveu um gerador de hotspot que pode ser inserido diretamente na exaustão de um gerador comum, convertendo assim o calor residual em eletricidade utilizável.
Este gerador emprega um material termoelétrico natural e relativamente barato conhecido como Tetraedrita, que atinge uma eficiência de 5 a 10%.
Os cientistas estão atualmente pesquisando um material termoelétrico de maior eficiência chamado Skutterudite, um mineral que contém cobalto.
Os materiais termoelétricos já começaram a ser utilizados em pequena escala, como em naves espaciais.
Porém, o Skutterudite, com seu baixo custo e alta eficiência, pode ser utilizado para revestir escapamentos de carros, geladeiras ou qualquer maquinário.
3. Perovskita
Além do silício cristalino, as perovskitas também podem servir como materiais alternativos para a fabricação de células solares.
Em 2009, as células solares produzidas com perovskitas apresentavam uma taxa de conversão de energia solar de 3,8%. Em 2014, esse número aumentou para 19,3%, aproximando-se dos mais de 20% de eficiência das células tradicionais de silício cristalino.
Os cientistas acreditam que ainda há potencial para melhorias no desempenho deste material.
As perovskitas são uma categoria de materiais definidos por uma estrutura cristalina específica, que pode conter qualquer número de elementos, normalmente chumbo e estanho para aplicações em células solares.
Em comparação com o silício cristalino, estas matérias-primas são significativamente mais baratas e podem ser pulverizadas sobre vidro, eliminando a necessidade de montagem meticulosa em salas limpas.
4. Aerogéis
Os aerogéis podem ser fabricados a partir de inúmeras substâncias, incluindo dióxido de sílica, óxidos metálicos e grafeno.
Devido ao ar constituir a grande maioria do seu volume, os aerogéis servem como isolantes excepcionais. A sua estrutura também lhes confere uma resistência extraordinária.
Cientistas da NASA estão atualmente experimentando um aerogel flexível feito de polímeros, para ser usado como material isolante para espaçonaves durante a reentrada atmosférica.
5. Stanene – um material com 100% de condutividade
O estaneno, semelhante ao grafeno, é um material construído a partir de uma única camada de átomos. Porém, por utilizar átomos de estanho em vez de carbono, possui uma característica que o grafeno não consegue alcançar: 100% de condutividade.
Stanene foi proposto teoricamente pela primeira vez em 2013 pelo professor Shou-Cheng Zhang da Universidade de Stanford. Prever as propriedades eletrônicas de materiais como Stanene é uma das especialidades do laboratório do professor Zhang.
De acordo com o modelo deles, Stanene é um isolante topológico, o que significa que suas bordas são condutoras enquanto seu interior é isolante. Como tal, Stanene pode conduzir eletricidade com resistência zero à temperatura ambiente.
6. Metamateriais manipuladores de luz
A nanoestrutura dos metamateriais que manipulam a luz pode espalhar a luz de maneiras específicas, potencialmente tornando os objetos invisíveis.
Dependendo do método de fabricação e dos materiais utilizados, os metamateriais também podem espalhar microondas, ondas de rádio e os menos familiares raios T.
Na verdade, qualquer tipo de espectro eletromagnético pode ser controlado por estes metamateriais.
