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As perovskitas são materiais cada vez mais populares para uma ampla gama de aplicações devido às suas notáveis propriedades elétricas, óticas e fotônicas. Os materiais de perovskita têm o potencial de revolucionar os campos de energia solar, sensoriamento e detecção, fotocatálise, lasers e outros.
As propriedades das perovskitas podem ser ajustadas para aplicações específicas, alterando sua composição química e arquitetura interna, incluindo a distribuição e orientação de sua estrutura cristalina. No momento, a capacidade de influenciar essas propriedades é extremamente limitada pelos métodos de fabricação. Uma equipe de cientistas da TU Dresden conseguiu criar perovskitas com nanoarquiteturas únicas e propriedades cristalinas de algas, aproveitando os anos de evolução desses organismos unicelulares.
Aproveitando a Evolução
“Os organismos unicelulares responderam ao longo de centenas de milhões de anos a uma ampla gama de fatores ambientais, como temperatura, pH e estresse mecânico. Como resultado, alguns deles evoluíram para produzir biomateriais absolutamente únicos que são exclusivos da natureza”, diz o Dr. Igor Zlotnikov, líder do grupo de pesquisa no B CUBE – Centro de Bioengenharia Molecular, que liderou o estudo. “Os minerais formados por organismos vivos geralmente exibem características estruturais e cristalográficas que estão muito além das capacidades de produção oferecidas pelos métodos sintéticos atuais”.
A equipe se concentrou em L. granifera, um tipo de alga que utiliza calcita para formar conchas. Suas conchas esféricas têm uma arquitetura cristalina única. Os cristais estão alinhados radialmente, o que significa que eles se espalham do centro da esfera para fora. “Os métodos atuais de fabricação de perovskitas não são capazes de produzir materiais como este sinteticamente. No entanto, podemos tentar transformar as estruturas naturais existentes em materiais funcionais, mantendo sua arquitetura original”, acrescenta o Dr. Zlotnikov.
Ajuste Químico
Para transformar as cascas minerais naturais das algas em perovskitas funcionais, a equipe precisou substituir elementos químicos na calcita. Para isso, adaptaram um método desenvolvido por seus colaboradores do instituto AMOLF em Amsterdã. Durante a transformação, os cientistas conseguiram produzir diferentes tipos de arquiteturas de cristal alterando a composição química do material. Dessa forma, eles poderiam ajustar suas propriedades eletro-ópticas.
Ao converter as cascas de calcita em haletos de chumbo com iodo, brometo ou cloreto, a equipe pode criar perovskitas funcionais otimizadas para emitir apenas luz vermelha, verde ou azul.
Pronto para aumentar a escala
“Mostramos pela primeira vez que minerais produzidos por organismos unicelulares podem ser transformados em materiais funcionais tecnologicamente relevantes. Em vez de competir com a natureza, podemos aproveitar os anos de adaptação evolutiva pelos quais eles já passaram”, diz o Dr. Zlotnikov.
O método desenvolvido por sua equipe pode ser ampliado, abrindo a possibilidade para a indústria de aproveitar algas e vários outros organismos unicelulares formadores de calcita para produzir materiais funcionais com formas únicas e propriedades cristalográficas.
Financiamento
O projeto fazia parte da imitação DinoLight, apoiada pelo Estado Livre da Saxônia, para desenvolver materiais e tecnologias inovadores e ecologicamente corretos, baseados em nanoestruturas tridimensionais de ocorrência natural.
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