Materiais ultrafinos como o grafeno prometem uma revolução na nanociência e tecnologia. Pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, publicaram um estudo na Nature Communications no qual apresentam um método para controlar as bordas de materiais bidimensionais.

"Nosso método torna possível controlar as bordas, átomo por átomo, de uma forma fácil e escalonável, usando apenas aquecimento com produtos químicos ecológicos, como o peróxido de hidrogênio", diz Battulga Munkhbat, um pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Física da Chalmers University of Technology e primeiro autor do artigo.

Materiais tão finos quanto uma única camada atômica são conhecidos como materiais bidimensionais ou 2D. O exemplo mais conhecido é o grafeno. Desenvolvimentos futuros dentro do campo bidimensional podem se beneficiar do estudo de uma característica particular inerente a tais materiais, as suas bordas. Controlar as bordas é um problema científico desafiador, porque elas são importantes para caracterizar suas propriedades. Como podem existir diferenças nas propriedades físicas, pode-se esperar que as propriedades químicas das bordas também sejam diferentes.

Pesquisadores descobriram um produto químico “mágico” na forma de peróxido de hidrogênio comum. A “mágica” química opera de uma maneira chamada autolimitante, removendo material indesejado, átomo por átomo, e eventualmente resultando em bordas atomicamente nítidos.

O novo método, que inclui uma combinação de métodos litográficos padrão de cima para baixo com um novo processo que remove quimicamente camadas da superfície por meio úmido anisotrópico, torna possível criar bordas perfeitas em materiais bidimensionais.

Esses e outros materiais relacionados atraem a atenção significativa da pesquisa, pois permitem avanços cruciais na nanociência e tecnologia, com aplicações potenciais que vão desde a eletrônica quântica a novos tipos de nanodispositivos. Essas esperanças são notadas no Graphene Flagship, a maior iniciativa de pesquisa da Europa, coordenada pela Chalmers University of Technology.

Para tornar a nova tecnologia disponível para laboratórios de pesquisa e empresas de alta tecnologia, os pesquisadores fundaram uma empresa start-up que oferece materiais TMD (dichalcogenetos de metais de transição) atomicamente nitidos de alta qualidade. Os pesquisadores também planejam desenvolver aplicações para esses metamateriais atomicamente nítidos.

Um esquema de átomos de platina depositados na superfície do carbono, que é um material isolante 2-D semelhante ao grafeno desenvolvido epitaxialmente em carboneto de silício, permite o crescimento bidimensional da platina. O objetivo da pesquisa é o desenvolvimento de materiais 2-D além do grafeno.

"Em poucas palavras, conseguimos fazer uma camada de metal com apenas um átomo de espessura, uma espécie de novo material. Descobrimos que este metal atomicamente fino é muito sensível ao ambiente químico. Sua resistência elétrica muda significativamente quando interage com gases, "explica Kyung Ho Kim, pós-doutorado no Laboratório de Física de Dispositivos Quânticos do Departamento de Microtecnologia e Nanociência da Chalmers e principal autor do artigo.

"A fina camada atômica de platina pode ser usada para detecção elétrica ultrassensível e rápida de produtos químicos. Estudamos o caso da platina, mas outros metais como o paládio produzem resultados semelhantes", diz Samuel Lara Avila, professor associado do Quantum Device Laboratório de Física e um dos autores do artigo.

Com isso, os pesquisadores conseguiram detectar gases tóxicos no nível de partes por bilhão. Isso foi demonstrado com a detecção de benzeno, um composto que é cancerígeno mesmo em concentrações muito pequenas e para o qual não existe nenhum aparelho de detecção de baixo custo. Usar metais atomicamente finos pode nos levar para futuras aplicações de monitoramento da qualidade do ar.

Porém, aumentar a sensibilidade dos sensores de gás de estado sólido incorporando materiais nanoestruturados como o elemento de detecção ativo pode ser complicado por efeitos nas interfaces, que pode limitar a leitura do sensor.

Este trabalho relata a preparação de camadas de platina na espessura de um átomo, por deposição física a vapor sobre a camada de carbono zero (também conhecida como camada tampão) crescida epitaxialmente em carboneto de silício. Com uma camada fina de Pt de 3–4 Å, a condutividade elétrica do metal é fortemente modulada ao interagir com analitos químicos.

Os resultados foram publicados recentemente na revista científica Advanced Material Interfaces.

Muitos problemas são resolvidos baseados nos mecanismos da natureza. Foi desenvolvido um revestimento anti-reflexo que foi inspirado nas bioestruturas peculiares encontradas nos olhos de mariposas.

As mariposas evoluíram para desenvolver olhos não reflexivos. Seus olhos têm uma estrutura nanométrica que torna a superfície do olho graduada. Isso faz com que a maior parte da luz incidente se curve na superfície e, portanto, seja transmitida através do olho ao invés de ser refletida por ele. Esta estrutura em nanoescala é tão eficaz que pesquisadores tentaram imitá-la usando outros materiais para criar revestimentos anti-reflexos com vários graus.

No entanto, apesar dos avanços recentes da nanociência que permitem a adoção dessa ideia para diversas aplicações, ainda existem barreiras a serem superadas em termos de escala e custo. Para resolver esses problemas, cientistas da Universidade de Ciência de Tóquio e da Geomatec Co., Ltd., no Japão, têm trabalhado em uma nova estratégia para produzir nanoestruturas olho-de-mariposa e filmes transparentes.

Embora esta equipe já tivesse criado moldes de olho-de-mariposa feitos de carbono vítreo gravado com um feixe de íons de oxigênio, essa abordagem não era escalável. "A produção de substratos de carbono vítreo requer o uso de tecnologia de metalurgia do pó, que é difícil de se usar para produzir moldes com uma grande área", explica o professor Jun Taniguchi da Universidade de Ciência de Tóquio, "Para superar essa limitação, tentamos usar apenas uma camada fina de carbono vítreo depositado sobre um grande substrato de vidro regular."

Para tornar esta nova estratégia viável, a equipe optou por usar um sistema de plasma acoplado indutivamente (ICP). Essa tecnologia produz uma faixa de irradiação de feixe de íons mais ampla, que é mais adequada para trabalhar em estruturas de grandes áreas.

As propriedades ópticas destes filmes foram notáveis: sua refletância para a luz na faixa visível era de apenas 0,4%, 10 vezes menor do que a de um filme semelhante sem a nanoestrutura do olho-de-mariposa. Além do mais, a transmissão da luz através do material também foi aumentada.

O Sr. Hiroyuki Sugawara, diretor técnico da Geomatec, destaca as muitas aplicações possíveis destes filmes. "Poderíamos usar esses filmes para melhorar a visibilidade em monitores de tela plana, sinais digitais, e as placas de acrílico transparente usadas em todos os lugares desde o início da pandemia de COVID-19. Além disso, o revestimento anti-reflexo também pode ser uma forma eficiente de melhorar o desempenho dos painéis solares."

Este estudo mostra como expandir o uso de estruturas inspiradas na natureza. Esses avanços também podem ajudar a preservar a natureza para que possamos continuar obtendo ideias úteis de outras espécies.

Todos nós já nos familiarizamos com as máscaras faciais para prevenir doenças ou, no caso de uma pessoa já infectada, prevenir a propagação de patógenos. As máscaras basicamente filtram o ar que entra e sai dos pulmões, prendendo o vírus e outras partículas em sua malha. Com a crise do COVID-19, muitos se familiarizaram com as máscaras N95, que filtram 95% ou mais das pequenas partículas do ar, incluindo o vírus.

Porém, a máscara também torna mais difícil a respiração. Estima-se que as máscaras N95 reduzam a ingestão de oxigênio entre 5-20%. Para uma pessoa saudável pode até causar tonturas e desmaios. E se for usada uma máscara por tempo suficiente, ela pode danificar os pulmões. Para um paciente com dificuldade respiratória, pode até ser fatal.

A equipe do Laboratório Prinz tinha o objetivo de desenvolver um dispositivo portátil que usasse processos eletroquímicos para enriquecer o oxigênio do ar ambiente.

Esses pesquisadores estão trabalhando em algumas maneiras de fazer isso. O primeiro passo faz parte de um processo clássico conhecido como separação da água (splitting water). Se você coletar água e passar uma corrente elétrica por ela, os elétrons adicionais farão com que a água se divida em hidrogênio puro e oxigênio puro. O hidrogênio pode ser usado como combustível e o oxigênio vai para a máscara para ser respirado.

O dispositivo que foi criado gera oxigênio puro e limpo usando esse processo eletroquímico para suplementar a perda de oxigênio devido ao uso de mascaras. Os pesquisadores acreditam que ele pode proteger o sistema respiratório de usuários de máscaras por um longo período, principalmente profissionais de saúde e pacientes.

Esse dispositivo é direcionado a qualquer pessoa que precise usar uma máscara por muito tempo, como socorristas, médicos, enfermeiros e até mesmo pacientes que não querem infectar outras pessoas. Em curto prazo, é esperado conseguir isso para os profissionais de saúde o mais rápido possível. Um grupo de pesquisa está trabalhando com Allison Okamura e seu pós-doutorando Ming Luo para que o dispositivo seja uma máscara com tecnologia de engenharia e design de quem tem experiência de uso.

O setor automotivo tende a criar veículos que tenham um funcionamento cada vez mais automático, desde apertar um botão para subir o vidro até a pilotagem automática. Para que os veículos possam conduzir de forma autónoma, são necessários vários sensores que irão indicar ao veículo o que fazer em várias situações.

Há um grande interesse na produção de vários milhões de veículos autônomos em um futuro próximo, o que exigirá vários sistemas de controle para garantir que sejam seguros para essa operação. Um grupo de cientistas, vendo isso, desenvolveu sensores para pneus inteligentes, para se ter um subsistema de controle e comunicação entre os pneus e a estrada, proporcionando uma detecção de parâmetros que atuem entre eles em tempo real.

Muitos estudos foram realizados, e recentemente os sensores baseados em grafeno mostraram alto desempenho e sensibilidade aumentada, tornando-os perfeitos para esta função. Os cientistas desenvolveram sensores impressos em 3D embutidos diretamente nos pneus, juntamente com um coletor de energia piezoelétrico embutido no pneu para alimentar os sensores e transmitir os dados sem fio, além da aprendizagem automática para análise de dados preditiva. Neste trabalho, o preço de um sensor impresso em 3D é estimado em cerca de 2,7 centavos.

A impressão 3D foi realizada pelo método de deposição em aerossol com tinta de grafeno, cálculos teóricos foram realizados para a modelagem. E para sua viabilidade foi desenvolvido um algoritmo de aprendizagem automática para estimar a pressão dos pneus. A maioria dos dados estava próxima da linha de erro zero.

Este trabalho nos mostra uma solução para evitar que os dados entre o sistema de monitorização da pressão dos pneus (TPMS) e a unidade central de processamento (CPU) sejam comprometidos, ou seja, as informações que a CPU receber da pressão dos pneus não será enganoso.

Esta pesquisa está publicada na revista Nature.

Os mesmos cientistas que projetaram a enzima que se alimenta de plástico, a PETase, criaram agora um coquetel de enzimas que pode digerir o plástico até seis vezes mais rápido. Uma segunda enzima foi combinada com PETase para acelerar a quebra do plástico.

A PETase decompõe o polietileno tereftalato (PET) de modo que seja possível ser reciclado infinitamente e que possa reduzir a poluição pelo plástico e os gases do efeito estufa que impulsionam as mudanças climáticas. O PET é o termoplástico mais conhecido e mais usado para fazer garrafas de bebidas descartáveis. Este polímero leva centenas de anos para se decompor no ambiente, mas com essas enzimas pode reduzir esse tempo para dias.

A descoberta inicial da PETase criou a perspectiva de uma revolução na reciclagem de plástico, criando uma solução potencial de baixo consumo de energia para lidar com o lixo plástico. Essa enzima natural foi desenvolvida em laboratório e pode ser 20% mais rápida na decomposição do PET.

Depois, a mesma equipe combinou PETase e uma segunda enzima chamada MHETase, para gerar melhorias muito maiores. A mistura de PETase com MHETase dobrou a velocidade de decomposição do PET e ainda projetou uma conexão entre as duas enzimas para criar uma 'superenzima'.

Nos primeiros experimentos, foi observado que eles realmente funcionam melhor juntos, então eles foram ligados fisicamente, como dois Pac-men unidos por um pedaço de corda.

A descoberta da enzima PETase original anunciava a primeira esperança de que uma solução para o problema global da poluição por plásticos pudesse estar ao alcance, embora a PETase sozinha ainda não seja rápida o suficiente para tornar o processo comercialmente viável para lidar com as toneladas de garrafas PET descartadas espalhadas pelo planeta.

Combiná-lo com uma segunda enzima, e descobrir que juntas funcionam ainda melhor, significa que outro salto foi dado no sentido de encontrar uma solução para os resíduos de plástico. A combinação MHETase-PETase trabalha digerindo o plástico PET. Isso permite que os plásticos sejam feitos e reutilizados infinitamente, reduzindo nossa dependência de recursos fósseis como petróleo e gás.

Essa pesquisa combinou informações estruturais, computacionais, bioquímicas e bioinformáticas para revelar percepções moleculares sobre sua estrutura e como ela funciona. O estudo foi um enorme esforço de equipe envolvendo cientistas em todos os níveis de suas carreiras.

Uma das autoras mais jovens, Rosie Graham, uma aluna de doutorado do Portsmouth CEI-NREL disse: "Minha parte favorita da pesquisa é como as ideias começam, seja durante o café, no trajeto de trem ou ao passar pelos corredores da universidade, pode ser realmente a qualquer momento”.

O estudo foi publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

O Centro de Pesquisa de Energia Aplicada da Universidade de Kentucky (UK CAER) e o Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia dos EUA (DOE e ORNL) estão se unindo em um projeto de US$ 10 milhões para transformar carvão em fibras e compósitos de carbono.

De acordo com o UK CAER, o projeto intitulado “C4WARD: Conversão de Carvão em Fibras e Compósitos de Carbono”, busca desenvolver a ciência necessária para criar processos com eficiência e custo benefício melhores em termos de energia, para a fabricação de fibras de carbono com propriedades ajustáveis. Está sendo estudado os desafios associados ao processamento do carvão, variedade da matéria-prima e escala de fabricação da fibra de carbono.

A universidade observa que, a pesquisa da transformação do carvão para ser usada como fibra de carbono mostra uma grande promessa para impactar positivamente a indústria de carvão dos Estados Unidos. Além disso, o mercado de fibras de carbono continua a crescer, impulsionado pelo aumento do uso em aplicações aeroespaciais e de defesa, bem como na redução do peso de automóveis. Existe também o crescimento de novas aplicações, como o isolamento térmico para edifícios e materiais para construção e infraestrutura. O mercado de fibras de carbono deve crescer a uma taxa de crescimento anual de 12% até 2024.

O Grupo de Tecnologia de Materiais da CAER liderará o pesquisa para converter uma variedade de matérias-primas de carvão em fibras e compostos de carbono. A CAER produzirá quantidades em escala de laboratório de fibra de carbono para estudar relações estrutura-propriedade entre o material de carvão e a fibra de carbono.

A ORNL usará sua experiência em química e computação de alto desempenho para correlacionar a estrutura molecular do carvão com sua processabilidade, identificando composições ideais para fabricar fibras de carbono com propriedades ajustáveis.

Além disso, CAER e ORNL também irão colaborar para desenvolver condições de processo para aumentar a produção de fibra na Carbon Fiber Technology Facility (CFTF) em ORNL. O CFTF fornece uma plataforma para identificar matérias-primas de alto potencial e baixo custo, incluindo têxteis, polímeros e precursores à base de hidrocarbonetos. Usando o CFTF, ORNL está desenvolvendo propriedades mecânicas ideais para material de fibra de carbono, com foco na propriedade de estrutura e otimização de processo.

As bactérias redutoras de sulfato (BSR) têm sido um tanto problemático para estruturas metálicas no mar, pois elas as corroem. Porém, a ciência aproveita essas bactérias para dar a elas outros usos, como redução de hidrocarbonetos do petróleo, limpeza de solos contaminados e basificação de águas ácidas de minas.

O desprendimento do oxigênio é de grande importância em vários sistemas de conversão de energia, incluindo baterias recarregáveis de metal-ar e dispositivos de eletrólise de água. No entanto, por causa da cinética lenta é necessário eletrocatalisadores altamente eficientes, como os nanocompósitos à base de metais nobres, que apresentam excelente atividade, mas por suas reservas limitadas e alto custo os fazem inviável.

Ao corroer o aço carbono, os BSRs produzem sulfetos de ferro e óxidos de ferro (hidroxi), que possuem potencial para o desprendimento de oxigênio, mas existem poucos estudos sobre a indução por corrosão de eletrodos de biofilme. Vendo isso, os cientistas se inspiraram no comportamento desses microrganismos para preparar compostos de Ni-Fe altamente ativos por corrosão na presença de BSR anaeróbico.

Os pesquisadores viram que o eletrodo que prepararam (Ni (Fe) OOH - FeSx), formado pela corrosão, tinha alta atividade para o desprendimento de oxigênio no eletrólito alcalino, e que com apenas 220 mV obtiveram a densidade de corrente de referência de 10 mA cm−2. De acordo com seus estudos, essa alta atividade vem do efeito sinérgico entre as espécies de oxihidróxido e sulfeto de ferro.

Este trabalho, ao incluir diferentes ramos da ciência, espera promover a multidisciplinaridade em projetos subsequentes.

A pesquisa está publicada na revista Nature.

Com a impressão 3D podemos desenhar um objeto em um computador e fabrica-lo com maior facilidade que outros métodos, mas ainda existem certos pontos negativos como os resíduos da fabricação que aumentam os custos, além de outros fatores.

Pesquisadores estudaram a fotocura, uma forma de impressão 3D, que permite a solidificação de um modelo 3D na interface de cura. Ele se tornou uma técnica promissora com uma variedade de aplicações. É mais eficaz do que outros processos, como para a construção de estruturas finas, uma vez que os outros processos têm baixa eficiência quando utilizado material úmido ou material líquido. Nas outras técnicas, a adesão, o resíduo de resina líquida no recipiente que contem a tinta e na superfície sólida curada limitam a construção em alta resolução e aumenta os custos, especialmente quando se usa resinas caras.

Inspirando-se na superfície natural da flor de lótus, o líquido na superfície pode reduzir muito a adesão interfacial no substrato, resultando no modo de contato esférico de uma gota. Pensando nisso, um grupo de cientistas tentou fazer estruturas 3D a partir de uma única gota de alta eficiência com o uso de material úmido e limpo. Isso se deve à propriedade de recuo da linha de contato trifásica (TCL) do cordão de resina.

De acordo com a teoria, há três interfaces envolvidas: a interface entre a resina líquida e a resina curada, a interface entre a resina curada e a interface de cura e a interface entre a resina líquida e a interface de cura, que devem atender a certos critérios de aderência entre eles para os quais os cientistas testaram a capacidade de impressão 3D de uma gota comercial flexível, verificando assim a relação entre as interfaces.

Eles mostraram que na técnica de impressão 3D de uma gota, a eficiência na utilização do material líquido e a força de desumidificação dependem do peso da gota, da área de projeção da fonte de UV e do padrão de projeção da fonte de UV. Portanto, com um tamanho de gota menor, pode se ter uma espessura menor aderida. Uma maior área de superfície da estrutura 3D produz mais resíduos e diminui a eficiência de uso. Mas isso aumenta ao variar o padrão de projeção UV de um formato redondo para um formato de ranhura em V, que influencia na morfologia da linha de contato e a distribuição 3D da resina líquida.

Portanto, essa nova técnica pode minimizar desperdícios e melhorar a eficiência, reduzindo custos. A impressão 3D de gota única será de grande importância para a fabricação sob demanda.

Esta pequisa está publicada na revista Nature.

Muitas pessoas conhece o urânio como combustível para usinas nucleares. E embora seja a aplicação mais comum, este elemento também é usado em outros campos, como em tintas, aparelhos médicos e armas. Cientistas do Laboratório de Microbiologia Ambiental (EML) da EPFL fizeram recentemente uma importante descoberta sobre o urânio que pode ter implicações importantes para a remediação do solo e das águas subterrâneas, bem como para o gerenciamento de resíduos radioativos. Essa pesquisa foi publicada na Nature Communications.

O urânio é um metal pesado radioativo encontrado na crosta terrestre e em pequenas concentrações na água, ar, plantas e organismos vivos. Os cientistas da EML estudaram as propriedades do urânio no meio ambiente e fizeram avanços significativos na compreensão de como ele vai de um estado de oxidação a outro, passando de um composto solúvel em água a um mineral estável.

“Geralmente no estado de oxidação +6 o urânio é solúvel e pode, portanto, se espalhar descontroladamente no meio ambiente”, diz Zezhen Pan, um cientista da EML e principal autor do estudo. “Mas no estado de oxidação +4, é menos solúvel e menos móvel. Em nossa pesquisa, fomos capazes de identificar os mecanismos em nanoescala de interação entre o urânio e as partículas de magnetita, um óxido de ferro magnético, para a transição de um estado de oxidação para o outro. Mostramos a persistência do Urânio no estado de oxidação +5, que geralmente é considerado metaestável.”

O mais interessante é que os cientistas também identificaram um fenômeno molecular que ocorre durante a transformação do estado de oxidação +6 para +4: foi descoberto a formação de novos nanofios de nanopartículas (~ 1-2 nm) que se formaram espontaneamente em cadeias. A identificação da estrutura do nanofio pode melhorar a compreensão de como os compostos radioativos se espalham em locais contaminados.

“Essas descobertas são muito promissoras porque fornecem uma visão sobre como os minerais em nanoescala se formam naturalmente por meio de interações na interface água-mineral”, disse Rizlan Bernier-Latmani, chefe do EML. “Agora temos uma melhor compreensão dos mecanismos moleculares que atuam nesse processo.”

O setor de transportes por muitos anos dependeu dos combustíveis fósseis. Devido aos danos que as emissões gasosas trazem para o meio ambiente e pelo fato de não ser um recurso renovável, pouco a pouco procuramos substitui-lo com métodos menos contaminantes e renováveis. Em muitos estudos o elemento lítio encaixa dentro destas condições devido a suas propriedades.

Como o lítio é mais usado em aplicações de energia e transporte, a tendência é aumentar cada vez mais e então, os principais fabricantes de baterias aumentam também seus investimentos para a sua obtenção. Devido a este aumento continuo da demanda, um grupo de pesquisadores estudaram a disponibilidade do lítio a longo prazo, até o ano 2100, e por vários fatores, como a urgência de descarbonizar o setor energético, aumento da população e quantidade de lítio reciclado.

Acreditam que, devido à pouca reciclagem do lítio, o ano de 2050 terá um déficit da oferta de lítio virgem até final do século, e isto poderia ser evitado se o setor de veículos elétricos diminuir a pressão sobre a demanda de lítio. Porém, estudos demonstram que baixas taxas de consumo no setor de energia colocariam em risco os objetivos de diminuição das mudanças climáticas.

Determinaram que o principal motivo do déficit é o uso de baterias íon lítio para o setor de transporte. Diferente de estudos anteriores, esta pesquisa supõe uma alta demanda de lítio para baterias.

O lítio pode em breve se tornar uma ameaça para o futuro da indústria de transporte se não for reduzido sua dependência, se não reciclar ou desenvolver baterias com outros materiais e talvez transporte que não dependa de baterias.

Assim, esta pesquisa nos deixa com algumas incertezas sobre o que seria mais conveniente, continuar usando o elemento para tentar primeiro reduzir as mudanças climáticas e esgotar as reservas de lítio, ou manter as reservas e continuar com as emissões poluentes dos veículos. Isso poderia ser respondido encontrando novas opções de bateria, um sistema de reciclagem adequado e melhorando o desempenho do lítio para usá-lo em menor quantidade.

Esta pesquisa foi publicada na revista Nature.

A matéria mole é um subcampo da matéria condensada, as quais podem ser polímeros, coloides, espumas, cristais líquidos, componentes mesoscópicos e entre outros. Estes tem um estado físico que os permite se deformar com facilidade ao ser aplicada tensões térmicas. Este tipo de material pode ser encontrado em forma de adesivos, lubrificantes, pinturas e alguns biomateriais.

Pesquisadores estão estudando materiais que possa interagir de maneira segura com os seres vivos ou objetos frágeis, e tendo em mente os materiais moles, estão sendo explorados para a fabricação e controle da robótica mole (robótica com materiais moles) por sua flexibilidade. Com isto a robótica mole pode conseguir respostas complexas quando se tem um estimulo externo.

Atualmente, a robótica mole está presa ou depende de fontes de energia externas e sistemas de controle, o que limita suas aplicações na prática. O desenvolvimento de materiais inteligentes moles para que possam transformar a energia externa em mecânica poderia alcançar uma transformação controlável sem limites.

Os pesquisadores prepararam uma bicamada de grafeno e polietileno empilhados (SGA/PE), ao qual antes da variação de temperatura pode se dobrar ou se deformar, sendo essas mudanças reversíveis, o que é comum em filmes de duas camadas. O diferencial do filme de bicamada SGA / PE é que quando o processo de têmpera é aplicado em um espaço limitado ele rola espontaneamente em um rolo, podendo realizar movimento com luz infravermelha.

Esta propriedade deve-se principalmente ao comportamento elastoplástico assimétrico do SGA, que permite ser aplicado em motores e na robótica mole com alta programabilidade. Apesar desses sucessos, ainda existem certas complicações, como o procedimento de síntese, menor programabilidade e velocidade de resposta lenta devido a mecanismos de trabalho dependentes do tempo, como difusão e organização molecular.

Esta pesquisa nos mostra uma estratégia fácil e rentável para o avanço da robótica mole programáveis sem problemas ou sem dependências de algum estimulo como o calor.

Este artigo está publicado na revista Nature.

Segundo a Organização Mundial de Saúde, o câncer foi responsável por 9,6 milhões de mortes em 2018, tornando-se a segunda principal causa de óbitos no mundo. Normalmente, a retirada do tumor por meio de cirurgia é o tratamento mais utilizado para esta doença devido a sua alta eficácia. Porém, o tamanho, o local e o estágio do tumor, além das condições do paciente, limitam a aplicação deste método. Sendo assim, são utilizados tratamentos alternativos e menos invasivos como: radioterapia, terapia fototérmica e quimioterapia. 

A terapia fototérmica e a quimioterapia possuem limitantes no que se diz respeito ao transporte do medicamento até o tumor. O transporte inadequado do fármaco pode acarretar na liberação repentina e desacelerada do mesmo, reduzindo a sua eficácia e causando reações adversas no paciente. Tendo em vista isso, estudos apontam a utilização da celulose como nanocarreadores promissores garantindo uma maior segurança ao paciente. 

A celulose ( é o polímero de maior abundância na Terra, podendo ser de origem animal, vegetal ou bacteriana. Consiste em um polissacarídeo, formado por ligações do tipo   e unidades de  . A sua estabilidade ocorre por meio de ligações de hidrogênio intra e inter-cadeias, nas quais em grande quantidade resultam em ótimas propriedades mecânicas. Além disso, a celulose exibe características importantes como: biodegradabilidade, biocompatibilidade, flexibilidade, transparência, polaridade, termoestabilidade e, por fim,  capacidade de formar géis.  

Na terapia fototérmica, o material é injetado no paciente, se acumulando nas células cancerígenas onde, após uma incidência de luz, o mesmo é aquecido, atacando e eliminando o tumor. Recentemente, o fósforo preto, alótropo do fósforo, foi apresentado como um ótimo agente fototérmico, além de ser biocompatível e biodegradável. Em contrapartida, este material sofre oxidação rapidamente dentro do corpo humano, resultando em uma rápida degradação e um efeito fototérmico heterogêneo. Para isto, é necessário a utilização de um nanocarreador que possua além de resistência mecânica elevada, biocompatibilidade e biodegradabilidade, também não altere a condutividade, a fotoluminescência e as propriedades magnéticas e catalíticas presentes no fósforo preto. Os hidrogéis de celulose se mostraram capazes de preencher todos os requisitos necessários. 

Para exemplificar esta aplicação, podemos citar um estudo realizado na China onde foram fabricados hidrogéis de celulose via rompimento de ligações de hidrogênio da celulose por hidratos. Desta forma, hidrogéis a base de celulose e nanofolhas de fósforo preto (BPNs) foram feitos através da gelificação de cadeias de celulose com o auxílio de um reticulador de epicloridrina na presença de BPNs em água. 

Este sistema, BPNs-celulose, apresentou uma estrutura com poros irregulares, garantindo espaço suficiente para a absorção e preservação de uma grande quantidade de água. Além disso, notou-se que as BPNs ficaram totalmente imersas na estrutura do hidrogel de celulose, o que impediu a oxidação das mesmas. Em relação a toxicidade do sistema, os resultados dos ensaios in vitro e in vivo indicaram não haver nenhuma toxicidade, demonstrando a total biocompatibilidade do sistema. 

Por fim, ensaios utilizando radiação próxima ao infravermelho confirmaram a eficácia de até cerca de 100% para as células testadas para uso deste material para terapias fototérmicas.  

Os resultados apresentados mostram o potencial de utilização de um material abundante na natureza, celulose, para tratamento de doenças que atingem grande parte da população mundial.

As tecnologias de captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS) têm o objetivo de limitar ou reduzir a quantidade de CO₂ na atmosfera, como parte de um conjunto de abordagens para diminuir as mudanças climáticas. O centro de CCUS está trabalhando para enfrentar esses desafios com um grupo de membros das indústrias que estão apoiando pesquisas promissoras do MIT.

O projeto de Henry e Barton, "Menor custo, livre de CO₂, produção de H₂ a partir de CH₄ usando estanho líquido", investiga o uso de pirólise de metano ao invés de reforma de metano a vapor (SMR) para produção de hidrogênio.

Atualmente, a produção de hidrogênio é responsável por aproximadamente 1% das emissões globais de CO₂ e o método de produção predominante é SMR. O processo SMR depende da formação de CO₂, portanto, substituí-lo por outra abordagem economicamente competitiva para produzir hidrogênio evitaria as emissões.

O trabalho de Henry e Barton é uma nova abordagem de um processo existente, a pirólise do metano. Como o SMR, a pirólise do metano usa o metano como fonte de hidrogênio, mas segue um caminho diferente. O SMR usa o oxigênio da água para liberar o hidrogênio, ligando preferencialmente o oxigênio ao carbono do metano, produzindo gás CO₂ no processo. Na pirólise do metano, o metano é aquecido a uma temperatura tão alta que a própria molécula se torna instável e se decompõe em gás hidrogênio e carbono sólido.

Embora a ideia da pirólise do metano já exista há muitos anos, tem sido difícil de comercializar devido à formação do subproduto sólido, que pode se depositar nas paredes do reator, eventualmente obstruindo-o. Esse problema torna o processo impraticável. O projeto de Henry e Barton usa uma nova abordagem em que a reação é facilitada com estanho fundido inerte, evitando entupimento.

Outro projeto nomeado "Monitoramento de alta fidelidade para captura de carbono: investigação geofísica e geoquímica integrada de dados de campo e de laboratório", Peč planeja realizar um estudo abrangente para obter uma compreensão dos processos quimio-mecânicos acoplados que acompanham o armazenamento de CO₂.

O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas estima que 100 a 1.000 gigatoneladas de CO₂ devem ser removidos da atmosfera até o final do século. Esses grandes volumes só podem ser armazenados abaixo da superfície da Terra, e esse armazenamento deve ser realizado com segurança e proteção, sem permitir qualquer vazamento de volta para a atmosfera.

Uma estratégia de armazenamento promissora é a mineralização de CO₂ - especificamente pela dissolução de CO₂ gasoso na água, que então reage com rochas para formar minerais carbonáticos. Das tecnologias propostas para a captura de carbono, essa abordagem é única, pois a captura é permanente: o CO₂ torna-se parte de um sólido inerte, portanto, não pode escapar de volta para o meio ambiente. As rochas basálticas, a rocha vulcânica mais comum na Terra, apresentam bons locais para injeção de CO₂ devido à sua ampla ocorrência e altas concentrações de cátions divalentes, como cálcio e magnésio, que podem formar minerais carbonáticos.

A impressão 3D vem sendo estudada em muitos campos da ciência, como na biotecnologia, síntese farmacêutica, engenharia, etc. A ideia de usar este processo surgiu pela busca de novas rotas sintéticas para a conversão de recursos não petrolíferos em combustível líquido por diferentes processos, os quais têm sido estudados por muito tempo, e que eram inviáveis em aplicações industriais devido ao seu alto custo. Com isto em mente, o grupo de pesquisadores decidiu usar a impressão 3D de metais para fabricar os reatores autocatalíticos (SCR) e para a preparação de catalizadores, e assim, reduzir os elevados custos e tamanho dos reatores e melhorando a eficiência energética.

Foi utilizado diferentes técnicas de impressão 3D para fabricar o reator e o catalizador separadamente, para então superar os problemas de baixa velocidade de impressão e complexibilidade, podendo também ser aplicada em condições extremas, como em alta temperatura e pressão.

Foram fabricados reatores com diferentes seções transversais para converter moléculas de C1 (incluídos CO, CO2 y CH4) em produtos de alto valor agregado. Foi demostrado que a geometria da seção transversal impressa dos SCRs pode melhorar drasticamente a sinergia entre o catalizador e o reator para controlar a distribuição do produto catalítico. A superfície interna, volume do canal e a estrutura espacial são fatores que afetam o controle da síntese química.

Esta pesquisa oferece uma alternativa para favorecer a sinergia entre reatores e catalizadores, podendo impulsionar novos desenhos para o futuro dos sistemas catalíticos para tecnologias baseadas na impressão 3D.

Na tentativa de reduzir os impactos da pandemia de Covid-19, as máscaras de papel estão se tornando cada vez mais obrigatórias. Porém, seu uso generalizado tem uma série de desvantagens. Isso inclui o impacto ambiental de máscaras descartáveis feitas de camadas de plástico de polipropileno. Além disso, eles apenas prendem os patógenos em vez de destruí-los. “Em um ambiente hospitalar, essas máscaras são descartadas e manuseadas de maneira adequada”, afirma László Forró, chefe do Laboratório de Física de Matéria Complexa da EPFL. “No entanto, seu uso em um mundo mais amplo - onde são jogados em latas de lixo abertas e até mesmo deixados na rua - pode transformá-los em novas fontes de contaminação.”

Aqui, é relatado o desenvolvimento de um filtro baseado em nanofios de TiO2, que acredita-se que funcionará extremamente bem para equipamentos de proteção individual (PPE). Este filtro feito de nanofios de óxido de titânio é capaz de prender patógenos e destruí-los com a luz. Nesta pesquisa inclui experimentos que demonstram a capacidade da membrana de destruir E. coli, a bactéria de referência em pesquisa biomédica, e fitas de DNA em questão de segundos. Com base nesses resultados, os pesquisadores afirmam, embora isso ainda precise ser demonstrado experimentalmente, que o processo seria igualmente bem-sucedido em uma ampla gama de vírus, incluindo o SARS-CoV-2.

No artigo também afirma que a fabricação dessas máscaras seria viável em grande escala: o equipamento do laboratório sozinho é capaz de produzir o suficiente para até 80.000 máscaras por mês. Além disso, as máscaras poderiam ser esterilizadas e reutilizadas mil vezes. Isso aliviaria a escassez e reduziria substancialmente a quantidade de lixo criada por máscaras cirúrgicas descartáveis.

Uma start-up chamada Swoxid já está se preparando para tirar a tecnologia do laboratório. “As membranas também podem ser usadas em aplicações de tratamento de ar, como sistemas de ventilação e ar condicionado, bem como em equipamentos de proteção individual”, diz Endre Horváth, principal autor do artigo e co-fundador da Swoxid.