Borracha flexível com condutividade térmica semelhante à de metais alcançada por engenharia de ligações de hidrogênio

Por que gadgets mais frios precisam de materiais mais maleáveis

À medida que nos cercamos de smartwatches, pulseiras de atividade e robôs macios, um problema persistente reaparece: calor. Eletrônicos compactados em espaços apertados aquecem rapidamente, enquanto os materiais que são confortáveis ao toque normalmente retêm calor como um cobertor. Este estudo apresenta um novo tipo de material emborrachado que transporta calor quase tão bem quanto alguns metais, mantendo-se tão elástico quanto um elástico, apontando para eletrônicos vestíveis mais seguros e confiáveis.

Equilibrando flexibilidade e fluxo de calor

Plásticos e borrachas flexíveis costumam se dobrar muito bem, mas são péssimos em conduzir calor; sua condutividade térmica normalmente fica bem abaixo da dos metais. Metais, por outro lado, conduzem calor de forma excelente, mas são pesados, rígidos e desconfortáveis no contato com a pele. Por anos, engenheiros tentaram misturar partículas duras e condutoras de calor em polímeros macios para obter o melhor dos dois mundos, mas inserir partículas suficientes para transportar calor geralmente deixa o material rígido e frágil. Os autores deste artigo concentram-se em romper esse compromisso para que um material possa ser ao mesmo tempo macio e um caminho eficiente para o calor.

Um metal líquido oculto dentro da borracha

Os pesquisadores constroem seu novo material em torno de um plástico flexível comum chamado poliuretano e pequenas gotículas de uma liga de metal líquido feita de gálio e índio. Como esse metal é líquido à temperatura ambiente, suas gotículas podem esticar e remodelar-se dentro da borracha em vez de trincar como partículas sólidas. O desafio é que essas gotículas se comportam naturalmente como ilhas isoladas que não se conectam bem o suficiente para formar rodovias contínuas para o calor. Para resolver isso, a equipe modifica a superfície das gotículas para que elas possam interagir fortemente com o polímero circundante, incentivando-as a ficar mais próximas e formar caminhos quase contínuos quando o material é esticado.

Guiando o calor com ganchos moleculares invisíveis

No cerne do projeto está o controle cuidadoso das ligações de hidrogênio, um tipo de atração relativamente fraca entre moléculas que age como um fecho de contato reversível. Os cientistas ajustam a química do poliuretano para que contenha um número controlado de sítios capazes de formar essas ligações. Eles também enxertam pequenas moléculas com grupos à base de nitrogênio na película de óxido das gotículas de metal líquido. Quando misturados, as cadeias da borracha e as superfícies das gotículas formam densas redes de ligações de hidrogênio tanto dentro da borracha quanto na interface borracha–metal. Usando técnicas como espectroscopia de infravermelho e difração de raios X, a equipe demonstra que essas ligações alinham-se e organizam as cadeias poliméricas, criando caminhos mais ordenados para o fluxo de calor enquanto também reforçam a ligação entre as gotículas e a matriz.

Ao esticar, gotículas viram rodovias térmicas

Quando o material, chamado LiMPuC, é puxado, algo notável acontece em nível microscópico. As gotículas de metal líquido alongam-se e alinham-se na direção da tração, e as ligações de hidrogênio ajudam a mantê-las em contato próximo com as cadeias circundantes. Esse rearranjo transforma gotículas dispersas em cadeias semelhantes a pérolas que quase se tocam, formando canais eficientes para o fluxo de calor ao longo da direção do estiramento. Medições usando um sistema de teste personalizado mostram que, com um teor moderado de metal de 46 por cento em volume, a condutividade térmica sobe para cerca de 23,4 W m-1 K-1 em 400 por cento de deformação, compatível com a de alguns metais, porém alcançada em uma faixa macia e semelhante à borracha. Crucialmente, o material ainda pode esticar mais de sete vezes seu comprimento original e apresenta alta tenacidade, o que significa que pode absorver energia substancial antes de romper.

O que isso significa para dispositivos futuros

Para os usuários cotidianos, a principal conclusão é que em breve pode ser possível usar eletrônicos que permaneçam frescos e confortáveis mesmo enquanto se flexionam, torcem e esticam com os movimentos do corpo. Ao usar ligações de hidrogênio como ganchos moleculares ajustáveis, os pesquisadores criam uma borracha que se reorganiza automaticamente sua rede interna de metal líquido sob deformação, aumentando a remoção de calor quando e onde ela é mais necessária. Essa estratégia oferece uma receita geral para construir materiais térmicos flexíveis e de alto desempenho, com papéis potenciais como dissipadores de calor semelhantes à pele ou sensores macios em próximas gerações de vestíveis e circuitos flexíveis.

Citação: Liu, X., Wen, J., Xu, R. et al. Flexible rubber with metal-like thermal conductivity achieved via hydrogen bonding engineering. Nat Commun 17, 4480 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71056-0

Palavras-chave: borracha com metal líquido, condutividade térmica, eletrônicos vestíveis, materiais flexíveis, gerenciamento de calor