A máquina de algodão doce ajuda a explicar a eletrofiação.
Helinando Oliveira fala sobre eletrofiação e o chamado arranjo de fibras eletrofiadas, que vem sendo aplicado para uma infinidade de soluções tecnológicas
As teias sempre chamaram a atenção da humanidade. Em particular, as máquinas de algodão doce e os cinemas transformaram em sabor e sonho a possibilidade de engenheirar a arte das aranhas. E estes materiais, de tão versáteis, aportaram na nanotecnologia.
De fato, as fibras são resultado das propriedades físico-químicas que são adequadamente exploradas pelas engenhocas desenvolvidas pelo homem.
A máquina de algodão doce, por exemplo, nada mais é que uma panela com inúmeros e minúsculos furos contendo açúcar. Quando colocada sob aquecimento e agitação passam a ocorrer dois efeitos: o derretimento do açúcar e a sua saída pelos minúsculos furos. Ao entrar em contato com o ar, o açúcar se solidifica sob forma de fios bem finos: o algodão doce.
Nos laboratórios de pesquisa, as fibras ultrafinas são produzidas de uma forma diferente: uma solução (tipicamente) polimérica é mantida em uma seringa sob pressão bem definida, o que estabelece uma vazão fixa- o número de gotas por minuto que saem da agulha é sempre a mesma.
Arranjo de fibras eletrofiadas. Foto: Ipen – Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
O que se espera é que com a pressão as gotas esféricas cresçam e caiam quando o seu peso for suficiente para vencer as forças de tensão superficial. No entanto, se aplicarmos uma tensão elétrica alta (20 mil volts) entre a ponta da agulha e uma placa de ferro, por exemplo, a uma distância de 10 a 20 cm da agulha veremos que a gota deixa de ser esférica e passa a ser ovalada.
O que acontece é que a força eletrostática que é criada entre a ponta da agulha e o plano aterrado (placa de ferro) faz com que as cargas elétricas migrem todas para a ponta da gota, deformando-a, dando o formato de uma bola de futebol americano. Este processo chega ao limite em que ao invés de cair, as gotas formem zonas de transição em que pequenos jatos começam a ser atirados em direção ao alvo e movimentam-se de acordo com uma estrutura cônica (cone de Taylor). Deste ponto, os jatos são acelerados ao alvo enquanto o solvente evapora, o que faz com que as fibras sejam depositadas sobre o alvo. O material produzido é formado por teias que ficam sobre a placa de ferro de nosso exemplo.
O material resultante, chamado de arranjo de fibras eletrofiadas, vem sendo aplicado para uma infinidade de soluções tecnológicas, que seguem desde curativos inteligentes contra queimaduras, sensores biológicos para captura de DNA e substâncias tóxicas, compostos para liberação controlada de fármacos, peneiras nanométricas para resgate de moléculas de interesse, entre outros.
Desta forma, a técnica desenvolvida por Anthon Formhals (22 patentes em 1944 sobre o tema de eletrofiação) chega ao século XXI com muito mais força que se possa imaginar, dadas as vantagens que as fibras oferecem, em termos de flexibilidade, área superficial e custo de produção.
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Helinando Oliveira
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