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Os melhores artistas do mundo podem pegar um punhado de tintas de cores diferentes e criar uma tela digna de museu que se parece com nada mais. Eles fazem isso inspirando-se, conhecendo o que foi feito no passado e as regras de design que aprenderam depois de anos no estúdio.
Os químicos trabalham de maneira semelhante ao inventar novos compostos. Pesquisadores do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), da Universidade Northwestern e da Universidade de Chicago desenvolveram um novo método para descobrir e produzir novos materiais cristalinos com dois ou mais elementos.
“Esperamos que nosso trabalho seja extremamente valioso para as comunidades de química, materiais e matéria condensada para sintetizar materiais novos e atualmente imprevisíveis com propriedades exóticas”, disse Mercouri Kanatzidis, professor de química da Northwestern com uma nomeação conjunta em Argonne.
“Nosso método de invenção surgiu da pesquisa sobre supercondutores não convencionais”, disse Xiuquan Zhou, pós-doutorando em Argonne e primeiro autor do artigo. “Estes são sólidos com dois ou mais elementos, pelo menos um dos quais não é um metal. E eles param de resistir à passagem de eletricidade em diferentes temperaturas – em qualquer lugar, desde mais frio que o espaço sideral até o meu escritório.”
Nas últimas cinco décadas, os cientistas descobriram e fabricaram muitos supercondutores não convencionais com surpreendentes propriedades magnéticas e elétricas. Esses materiais têm uma ampla gama de aplicações possíveis, como geração de energia aprimorada, transmissão de energia e transporte de alta velocidade. Eles também têm potencial para incorporação em futuros aceleradores de partículas, sistemas de ressonância magnética, computadores quânticos e microeletrônica com eficiência energética.
O método de invenção da equipe começa com uma solução feita de dois componentes. Um é um solvente altamente eficaz. Ele se dissolve e reage com quaisquer sólidos adicionados à solução. O outro não é um solvente tão bom. Mas está lá para ajustar a reação para produzir um novo sólido com a adição de diferentes elementos. Esse ajuste envolve alterar a proporção dos dois componentes e a temperatura. Aqui, a temperatura é bastante alta, de 750 a 1.300 graus Fahrenheit.
“Não estamos preocupados em melhorar os materiais conhecidos, mas em descobrir materiais que ninguém conhecia ou que os teóricos imaginavam que existiam”, observou Kanatzidis. “Com este método, podemos evitar caminhos de reação a materiais conhecidos e seguir novos caminhos para o desconhecido e imprevisível.”
Como caso de teste, os pesquisadores aplicaram seu método a compostos cristalinos feitos de três a cinco elementos. Conforme relatado recentemente na Nature, seu método de descoberta rendeu 30 compostos previamente desconhecidos. Dez deles têm estruturas nunca antes vistas.
A equipe preparou cristais únicos de alguns desses novos compostos e caracterizou suas estruturas na linha de luz ChemMatCARS da UChicago em 15-ID-D e no 17-BM-B da Divisão de Ciência de Raios-X da Advanced Photon Source, uma instalação do usuário do DOE Office of Science. em Argonne. “Com a linha de luz 17-BM-B do APS, conseguimos rastrear a evolução das estruturas para as diferentes fases químicas que se formaram durante o processo de reação”, disse Wenqian Xu, cientista da linha de luz 17-BM-B.
“Tradicionalmente, os químicos inventaram e fabricaram novos materiais contando apenas com o conhecimento dos ingredientes iniciais e do produto final”, disse Zhou. “Os dados do APS nos permitiram também levar em consideração os produtos intermediários que se formam durante uma reação.”
O Centro de Materiais em Nanoescala, outra instalação do usuário do DOE Office of Science em Argonne, contribuiu com dados experimentais importantes e cálculos teóricos para o projeto.
E isso é apenas o começo do que é possível, já que o método pode ser aplicado a praticamente qualquer sólido cristalino. Também pode ser aplicado para produzir muitas estruturas cristalinas diferentes. Isso inclui várias camadas empilhadas, uma única camada com a espessura de um átomo e cadeias de moléculas que não estão ligadas. Essas estruturas incomuns têm propriedades diferentes e são essenciais para o desenvolvimento de materiais de última geração aplicáveis não apenas a supercondutores, mas também a microeletrônica, baterias, ímãs e muito mais.
Esta pesquisa foi apoiada pelo Office of Science do DOE, programa de Ciências Básicas de Energia.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por DOE/Laboratório Nacional de Argonne. Original escrito por Joseph E. Harmon. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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