CASOS DE ESTUDO
3. MATERIAIS QUE MUDAM DE COR
3.1 MATERIAIS CROMOATIVOS | CHROMIC MATERIALS
Na natureza, algumas espécies tem a capacidade de mudar de cor de acordo com as circunstâncias externas, quer para garantir a sua sobrevivência, quer pelo seu processo de evolução natural e resposta às alterações climáticas ou sazonais.
Esta magia e este mistério que podemos encontrar tanto em plantas como em animais, impressionou e apelou o ser humano a tentar recriar este extraordinário carácter natural por meio do desenvolvimento de materiais inteligentes, capazes de mudar a sua estrutura molecular e construir sistemas e estruturas com comportamento adaptativo, com capacidade para alterar propriedades, consoante condições ambientais externas.
O estudo dos materiais cromoativos começa com a compreensão das leis expressas pela teoria da cor - fisicamente, a cor depende da absorção e reflexão da luz num corpo feito de diferentes comprimentos de onda. O principio que atua nestes materiais é explicado por uma alteração da configuração
molecular de um material, que fará com que este altere a forma como absorve e reflete a cor, variando-a até ao retorno da sua fase inicial.
Esta família de materiais cromoativos, remonta a 1704, quando Diesbach descobriu a coloração química das Prussian Blue. Na década de 1930, foi observado também uma coloração eletroquímica num óxido de tungstênio granel, e vinte anos mais tarde, Kraus observou coloração electroquímica em filmes finos. Somente em 1969, foram desenvolvidos os primeiros dispositivos eletrocrómicos, e desde então, iniciou-se a expansão de vários tipos de materiais cromoativos. (Ritter, 2007)
3.2. O QUE SÃO?
Os materiais cromoativos são conhecidos por alterarem de uma maneira persistente, mas reversível as suas propriedades ópticas, em resposta às mudanças das condições do ambiente, ou por estímulos induzidos quimicamente, elétricamente ou por tratamento térmico. Materiais que mudam de cor são também frequentemente chamados de “materiais camaleão”, porque reversivelmente mudam a sua cor em resposta a condições ambientais.
O principio técnico pela qual estes materiais mudam de cor é explicado por uma alteração no equilíbrio dos eletrões, tal como a clivagem das ligações químicas ou as alterações que ocorrem dentro das moléculas, com uma consequente modificação das propriedades óticas, tais como refletância, absorção, emissão ou transmissão.
Quando o estímulo acaba, o material retoma ao seu estado original, recuperando as propriedades óticas originais, a sua cor ou transparência.
Material Estímulo necessário
Termocrómico Calor
Eletrocrómico Eletricidade
Fotocrómico Luz
Solvatocrómico Função da polaridade do solvente
Hidrocrómico Água ou Humidade
MecacrómicosPiezocrómico Pressão
Gascrómico Gas
Quimicocrómicos Mudanças químicas
Biocrómicos Patogénicos
Tabela 4 Denominação do material cromoativo em função do estímulo Fonte: Autor, baseado na tabela de Gregory et al, 2001, Neves 1997
3.3 TIPOS E CARACTERÍSTICAS
Existem várias tipos de materiais cromoativos que ganham o seu nome devido as fontes de energia que provocam a sua alteração de propriedades.
A origem do estímulo é, portanto, importante para classificar o tipo de material cromoativo, a tabela 4 faz referência aos vários tipos de materiais e aos estímulos a que eles reagem.
4. MATERIAIS TERMOCRÓMICOS | THERMOCHROMIC MATERIALS
O início da exploração dos materiais termocrómicos deu-se em 1909 quando o químico Hans Meyer observou o comportamento termocrómico em certos compostos orgânicos. A explicação para este fenómeno só foi encontrada mais tarde, por Harnik e G.M.J. Schmidt, e J.F.D. Mills e S.C. Nyburg em 1954 e 1963. Em 2003, na Alemanha, o Instituto Fraunhofer de Applied Polymer Research in Golm perto de Berlim foi o primeiro a conseguir desenvolver compósitos termocrómicos e uma forma de proteção solar, termotrópica que muda de quase transparente a translúcido. (Ritter, 2007)
4.1 O QUE SÃO?
Materiais termocrómicos adquirem diferentes estados de cor como resultado da variação da temperatura, podendo ser uma mudança reversível ou irreversível. O ponto em que se dá a alteração da cor é chamado temperatura de transição. Este efeito pode ser abrupto a uma determinada temperatura ou gradual, dependendo do material em questão e baseia-se num equilíbrio químico entre dois estados de uma molécula ou entre duas fases cristalinas.
A capacidade destes materiais para adoptar diferentes estados de cor a diferentes temperaturas e retornar à sua cor original inúmeras vezes é o que os torna particularmente interessantes.
Este efeito, é bastante comum em muitos sistemas químicos, orgânicos e inorgânicos, incluindo óxidos de metal que se transformam em condutores a uma temperatura específica.
4.2 CRISTAIS LÍQUIDOS
Cristais líquidos pertencem à categoria dos materiais termocromáticos pois alteram a sua cor quando são aquecidos, embora de forma diferente.
Estes materiais apresentam dois estados - o liquido e o sólido. No estado liquido cristalino – mesamórfico, o material apresenta simultaneamente propriedades características dos líquidos e dos sólidos. No estado liquido - isótropo, as moléculas encontram-se desordenadas dos seus centros de massa e estão distribuídas aleatoriamente no espaço. A cor que é refletida depende da estrutura cristalina em que o material se encontra, ao aplicar uma temperatura acima ou abaixo, acontece uma expansão térmica e os cristais líquidos alteram o espaçamento entre eles e a quantidade de interferência, resultando numa mudança do comprimento de onda refletido e da cor.
Estes materiais possuem um efeito reversível, e podem mudar a sua cor em todas as tonalidades. No entanto são difíceis de trabalhar e requerem equipamentos e tecnologias alternativas, que tornam o material mais caro.
Um exemplo de objeto que utiliza este método, é o galo do tempo.
4.3 APLICAÇÕES
No século XX, uma série de produtos de consumo foram reforçadas com pigmento termocrómico com capacidade de alterar a sua cor quando ativado por uma determinada temperatura, como os anéis de humor da década de 1970, que ainda podem ser encontrados à venda hoje, ou as escovas de dentes feitas de plástico colorido que passam por uma mudança de cor reversível nos pontos de contacto com a mão. Posteriormente, o pigmento foi introduzido na forma de tinta, e conduziu ao desenvolvimento de produtos com aplicações úteis, como por exemplo na área farmacêutica e medical, como tiras de teste de temperatura para aplicações medicas, ou aplicações no sector de embalagem onde os consumidores exigem cada vez mais informações sobre os produtos que compram (figura 23). As etiquetas com material cromoativo estão disponíveis comercialmente e são melhores em termos de custo e de eficiência energética em comparação com outros métodos que dependem de logística, electrónica e tecnologia de comunicação para o controlo das violações de temperatura em que a cadeira de alimentos frescos e congelados necessitam de instrumentação sofisticada ou procedimentos de controlo de qualidade e estatística de elevados custos. Para além disto, podem tornar o produto atraente e pode ajudar a melhorar a comercialização do mesmo.
Foram introduzidos também no mercado diversos produtos, como por exemplo, a marca Tomme Tippe, que começou a produzir talheres de silicone para bebés, que mudam de cor para indicar se o alimento ou a bebida está à temperatura adequada (figura 24). Ou, a chaleira de Russel Hobbs, (figura 25) desenvolvida em 2001 que muda de cor azul, quando está fria para cor de rosa quando está quente para que o utilizador possa detectar facilmente se a água na chaleira está quente o suficiente para fazer
Fig. 24: Chaleira Thermocolour, de Russell Hobbs, 2001
Fig.23: Cerveja Coors Light com rotulo termocrómico
Fig.25: Colher de alimento para bébés da marca Tomme Tippee
CASOS DE ESTUDO | TERMOCRÓMICOS
Os materiais termocrómicos são os materiais com propriedades de mudança de cor mais utilizados hoje em dia em projetos no campo da artes, design ou arquitetura.