Metamateriais e a invisibilidade

Sem dúvida alguma há uma conexão entre os fatos científicos e as idéias que surgem na fantasia e na ficção científica. Os autores de ficção científica são inspirados por descobertas científicas e tecnológicas reais, mas permitem a si mesmos a liberdade de projetar o possível curso do futuro dessas descobertas e seu potencial impacto sobre a sociedade.

Os cientistas procuram inspiração nas imaginativas possibilidades que existem nos mundos da ficção, mas são forçados a seguir as leis da natureza que se aplicam ao nosso mundo. Se a tecnologia é introduzida em uma estória de ficção científica, seu objetivo deve ser facilmente entendido tanto pelos leitores técnicos como pelos não técnicos.

Uma rota química para a invisibilidade é virtualmente inimaginável. As complexas moléculas que formam os seres humanos absorvem e refletem a luz, e essas interações são freqüentemente ligadas a outras importantes funções biológicas que provavelmente parariam de funcionar se nós tentássemos fazer manipulações muito grandes no nível molecular.

Metamateriais são compósitos cuja variedade de padrões estruturais cria propriedades eletromagnéticas muito mais ricas do que as propriedades dos materiais que são utilizados em sua fabricação. Os metamateriais - é uma classe de materiais sintéticos de estrutura complexa, não existentes na natureza.

A camuflagem óptica, mais conhecida por "invisibilidade", saltou das páginas dos livros de ficção científica e das telas de cinema para as pranchetas dos cientistas desde que surgiram as primeiras versões práticas dos metamateriais. A invisibilidade é criada utilizando-se essas propriedades inusitadas dos metamateriais para fazer com que as ondas de luz que incidem sobre um objeto percorram caminhos alternativos, fazendo parecer que o objeto não está lá, quando ele de fato está.

Recentemente, uma equipe da Universidade de Hong Kong descreveu a possibilidade teórica de se gerar a invisibilidade à distância. Segundo eles, tudo o que seria necessário seria

construir o metamaterial com as propriedades eletromagnéticas adequadas.

Agora, a equipe do Dr. Yun Lai, a mesma que propôs a invisibilidade à distância, foi um passo além e descreveu como deve ser um metamaterial que transforme opticamente um material em outro, à distância, criando uma ilusão óptica.

Se já impressionou a invisibilidade ter saltado da ficção para a ciência, agora será a vez de qualquer forma de ilusionismo: você olhará para uma xícara e verá uma colher. Ou verá a entrada de um túnel onde existe tão-somente um muro sólido. E todos os vice-versas que se possa imaginar.

Na versão científica do ilusionismo, você olhará para uma xícara e verá uma colher. Ou verá a entrada de um túnel onde existe tão-somente um muro sólido. E todos os vice-versas que se possa imaginar. [Imagem: Phys. Rev. Let].

Os pesquisadores utilizaram técnicas de óptica transformacional, na qual as equações de Maxwell explicam como o espaço se curva conforme as ondas de luz passam através dele. O trabalho é teórico, mas poucos meses separaram a apresentação teórica da invisibilidade e os primeiros experimentos que a demonstraram na prática. Será uma questão de esperar um pouco para saber se a colher de fato existe ou não.

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Referências:

Illusion Optics: The Optical Transformation of an Object into Another Object
Yun Lai, Jack Ng, HuanYang Chen, DeZhuan Han, JunJun Xiao, Zhao-Qing Zhang, C. T. Chan
Physical Review Letters
June 22, 2009
Vol.: 102, 253902
DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.253902

Lagartixa tem cola atômica em suas patas

Todo mundo em algum momento parou para pensar:

Como as lagartixas ficam presas no teto de casas e nas paredes e não caem?

O que permite que estas lagartixas desafiem a lei da gravidade e corram pelo teto da casa são as mesmas forças que atuam em uma ligação química.

Essas forças são chamadas de forças de Van der Waals, elas são responsáveis pela atração entre certas moléculas, como as do carbono, no grafite, e as dos gases em geral. sob certas condições, essas moléculas trocam elétrons e se atraem. A troca de elétrons entre a pata e a parede sustenta a lagartixa.

Quimicamente falando:

As forças de Van der Waals (também conhecidas como forças de london, dipolo induzido e dipolo instantaneo) são forças intermoleculares formadas devido ao movimento da nuvem eletrônica e a consequente polarização das moléculas. As forças de Van der Waals são muito fracas e atuam apenas quando as moléculas estão bem próximas umas das outras. Em uma molécula apolar, em um instante se sua nuvem eletrônica estiver mais deslocada para um dos polos da molécula pode-se dizer que se formou um dipolo instantâneo que gerou uma pequena força intermolecular. Ou seja, por um pequeno espaço de tempo apareceram dois polos na molécula.

As patas da largatixa têm, cada uma, cerca de dois milhões de pequenos vasos chamados setas. Cada seta possui na ponta centenas de espátulas de meio milésimo de milímetro. Em contato com uma superfície lisa, as espátulas provocam um deslocamento de elétrons que faz com que as moléculas da pata e as da parede se atraiam mutuamente.

Cada seta tem uma ponta em forma de brócolis onde se localizam entre 400 e 1000 espátulas de meio milésimo de milímetro cada uma. A força criada pelo contato é equivalente a dez vezes a pressão do ar (o suficiente para entortar um arame). As lagartixas fazem isso sem a necessidade de nenhum tipo de substância pegajosa.

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by Bruno Leite (lattes)

Transformando cabelo em diamante

Recentemente o jogador de futebol Pelé utilizou uma técnica para transformar seu cabelo em diamante (artificial) para presentear sua mãe. Entenda o que aconteceu:

O diamante:

O diamante encontrado na natureza é feito, basicamente, de puro carbono. Já o cabelo é feito de carbono e de outros elementos. Quando os fios de cabelo são submetidos à altíssima pressão e temperatura, o arranjo de átomos de carbono é comprimido de tal forma, que o resultado é um diamante artificial.

O processo:

O primeiro passo é derreter o cabelo. Num forno, as temperaturas chegam a 1.500ºC. O cabelo derretido forma uma pasta, essa pasta fica sob uma prensa até ficar dura. Nesse processo o cabelo foi transformado em uma pastilha de carbono. De agora em diante começa a surgir uma preciosidade. A máquina utilizada reproduz numa escala menor as mesmas condições do centro da Terra. O tempo que a pastilha fica dentro da máquina é que vai determinar a cor do diamante. Para virar jóia, o cabelo ficará no mínimo por 10 dias na máquina.

O resultado:

A pedra, que é feita através do fio de cabelo, devido à qualidade, à dureza, é a mesma de um diamante natural.

A química envolvida:

Alotropia (do grego allos, outro, e tropos, maneira) foi um nome cunhado por Jöns Jacob Berzelius e que hoje designa a propriedade de certas substâncias de existir em diferentes modificações; as várias formas são conhecidas como alotropos. Jons Jacob Berzelius, no entanto, usou o nome num sentido completamente diferente. O fenômeno da alotropia consiste em que um elemento químico pode originar substâncias simples diferentes. Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento químico forma substâncias simples diferentes. Estes elementos podem ser Oxigênio (O), Enxofre (S), Carbono (C) ou Fósforo (P).

Os átomos de carbono podem se organizar de maneira diferente e formarem as substâncias carvão, grafite ou diamante, bem como substâncias artificiais conhecidas como fulereno (ou buck-balls).

O grafite é o mais estável e ocorre espontaneamente. O carvão é resultado da decomposição de plantas (carvão vegetal) ou animais (chamado carvão mineral). Já o diamante é o mais instável, não ocorrendo de maneira espontânea, somente quando há grande pressão e/ou temperatura sobre ele. Em laboratório é possível, embora não economicamente viável, transformar-se grafite em diamante aplicando grande pressão e temperatura sobre ele.

Diamante e grafite são, pois, as formas alotrópicas do elemento químico carbono. Estas substâncias diferem entre si pela estrutura cristalina, isto é, pela forma de seus cristais. A maneira dos átomos de carbono se unirem é diferente, na grafite e no diamante.

Não apenas Pelé teve seu cabelo transformado em diamante artificial, Bethoven, Michael Jackson e outros artistas tiveram seus cabelos transformados em diamante.

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by Bruno Leite (lattes)