corrosão

Quando expostos ao oxigênio sob as mais variadas condições, quase todos os metais são enfraquecidos pelo que é popularmente conhecido como ferrugem. Em escala nanométrica, a prevenção pode estar em algo parecido com ferrugem liquefeita.

Ao ser perguntada sobre as qualidades de qualquer metal, uma criança deveria responder que ele é muito usado por ser forte, duro, brilhante. Outras características metálicas são sua ductibilidade e sua solidez — metais podem ser moldados em qualquer forma, capaz de permanecer a mesma por séculos. De filamentos de lâmpadas a cascos de submarinos, os metais parecem ser heróis invencíveis. Todo super-herói tem um super-vilão e no caso dos metais seu nome é oxigênio.

Quase todos os metais têm esse ponto fraco e sofrem corrosão quando expostos ao oxigênio. O ferro enferruja, o cobre fica coberto de zinabre verde, a prata vai ficando escurecida feito uma banana (que não é metálica mas também oxida, aliás). O único que escapa dessa maldição do oxigênio é o ouro, mas não dá pra usar o ouro — um metal mole, brilhante e caro — para fazer algo tão grande e bruto quanto um contêiner.

Bananas também enferrujam!

Bananas também enferrujam!

Ao longo dos séculos, descobrimos diversas formas de prevenir a oxidação. A mais básica e talvez a mais antiga é usar tinta: escondida sob uma camada colorida, a superfície metálica não pode ser atacada pelo oxigênio. Uma alternativa mais recente é a galvanização, que usa eletricidade para trocar a tinta por uma fina camada de um metal mais fraco para proteger um mais forte. Só que nem tudo pode ser pintado ou galvanizado: do interior de reatores a tubulações de hidroelétricas, existem metais sob condições tão extremas que não há tinta que salve.

Semimetais (ou metalóides) como o alumínio (Al), o crômio (Cr) e o silício (Si) também oxidam. Mas oxidam de uma forma especial: seus óxidos (Al2O3, Cr2O3 e SiO2) formam uma barreira protetora que impede o aprofundamento da oxidação. Usar óxidos para combater a oxidação parece com lutar contra o fogo com mais fogo. A estratégia funciona no combate a alguns incêndios, mas será válida para evitar a oxidação?

Entender o que torna esses óxidos tão especiais — e talvez úteis — foi um trabalho para Ju Li, professor de ciência e engenharia nuclear do MIT e seu orientando, Yang Yang. “Tradicionalmente”, conta Yang ao MIT News, “as pessoas pensam que um óxido metálico seria quebradiço.” De fato, não é preciso muita pressão para quebrar o Al2O3.

Para revelar as propriedades de um material tão frágil, Li e Yang tiveram que trabalhar com tipo especial de microscópio de transmissão eletrônica, o E-TEM, mantido pelo Laboratório Nacional de Brookhaven (EUA). Enquanto na maioria dos microscópios eletrônicos a amostra só pode ser observada num vácuo, o E-TEM permite que o material seja estudado na presença de gases ou líquidos.

Assim, com “uma resolução quase atômica”, como lembra Li, os dois cientistas puderam ver como o óxido de alumínio reagia a um ambiente com oxigênio. Em artigo publicado na revista Nano Letters, os pesquisadores revelam que o Al2O3 funciona melhor como agente anti-corrosão quando é aplicado em camadas finíssimas, da ordem de 2 a 3 nanômetros de espessura. Nessa escala, o óxido de alumínio (também chamado de alumina) fica parecido com o corretivo usado para corrigir a escrita à caneta no papel: semi-líquido, o que permite que ele se infiltre nas menores rachaduras e irregularidades, cobrindo inteiramente a peça metálica.

Uma massa de oxigênio (dir.) avança sobre partículas de alumínio (esq.), que estão recobertas por uma fina camada de óxido de alumínio. Repare na elasticidade dessa barreira anticorrosiva. (Imagem de Yang et. al., 2018)

Uma massa de oxigênio (dir.) avança sobre partículas de alumínio (esq.), que estão recobertas por uma fina camada de óxido de alumínio. Repare na elasticidade dessa barreira anticorrosiva. (Imagem de Yang et. al., 2018)

Embora seja parecida com a velha técnica da pintura, a descoberta de Li e Yang é bem mais sofisticada. Os potenciais usos dessa técnica são múltiplos mas não é tão simples assim aplicar alumina em escala nanométrica. Cobrir uma superfície metálica dessa forma pode ser difícil mas tem uma grande vantagem: por ser semi-líquida, a nanocamada protetora é auto-regenerativa.

Referência

rb2_large_gray25Yang Yang et al. Liquid-Like, Self-Healing Aluminum Oxide during Deformation at Room Temperature [Óxido de Alumínio auto-regenerativo e semi-líquido durante deformação em temperatura ambiente], Nano Letters 2018, 18 (4), pp. 2492–2497. DOI:10.1021/acs.nanolett.8b00068

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