Corretivo anti-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.

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.

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

Yang 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