Esta minúscula lente óptica “enxerga” gases na atmosfera

Materiais Avançados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 09/07/2024

Enxergando gases

Lentes são comumente usadas para focar a luz e para que vejamos melhor os objetos, ampliando-os. Mas uma nova lente minúscula permite, por assim dizer, “ver” gases presentes na atmosfera.

Medindo apenas alguns milímetros, a característica principal deste lente não é o quanto ela foca a luz, mas o fato de que suas propriedades refrativas mudam na presença de um gás, transformando-a no que os cientistas chamam de “material multirresponsivo”.

Este comportamento “inteligente” da microlente deve-se ao material de vidro híbrido do qual ela é feita: A estrutura molecular da lente consiste em uma rede tridimensional com cavidades que podem acomodar moléculas de gás. E, quando o gás entra nessas cavidades, ou seja, quando o gás está presente no ambiente, suas moléculas afetam as propriedades ópticas do material.

Isso significa que as lentes refratam a luz com mais ou menos intensidade, dependendo se o gás é absorvido pelo material da lente.

A lente nasceu meio por acaso, conforme a equipe trabalhava com estruturas porosas, chamadas estruturas metal-orgânicas (MOFs), para uso em separação e armazenamento de gases.

O grande feito foi usar os métodos clássicos de formação dos vidros para criar esses materiais especiais, já que os MOFs tipicamente se decompõem quando aquecidos, conta a pesquisadora Oksana Smirnova, da Universidade de Jena, na Alemanha.

Detalhes do material de vidro multirresponsivo.
[Imagem: Oksana Smirnova et al. – 10.1038/s41467-024-49428-1]

Circuitos lógicos e filtros

Smirnova primeiro teve que desenvolver um processo de síntese adequado para materiais altamente puros, o que exigiu identificar as condições ideais sob as quais o material poroso poderia ser moldado.

“Nós derretemos o material e depois o transferimos para um molde impresso em 3D, onde ele foi prensado. Esse processo nos permite escolher quase qualquer formato desejado,” contou o professor Alexander Knebel. “Escolhemos deliberadamente a lente como formato porque mesmo as menores impurezas são perceptíveis em uma lente, já que afetam diretamente as propriedades ópticas.”

Este novo processo agora permite fabricar uma grande variedade de formas e geometrias, estendendo-se para além da aplicação específica das micro-lentes.

“Como esses materiais multirresponsivos reagem a múltiplas influências simultaneamente, eles podem ser usados para montar circuitos lógicos, por exemplo,” explica o professor Lothar Wondraczek. “Isso significa especificamente que duas condições estão ligadas para a reação observável. Se um feixe de luz atingir a lente e o gás for absorvido no material da lente simultaneamente, então a luz será refratada de uma maneira particular, fornecendo feedback combinado.”

Também dá para pensar em membranas para separação de gases, cujas propriedades ópticas mudam quando moléculas de gás estão presentes. Esses componentes ópticos poderiam ser usados na tecnologia de sensores, tornando os métodos de medição mais eficientes, menores e “inteligentes”.

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