Material aliengena construdo com ondas de ultra-som

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 27/04/2021

Quasicristais

Uma equipe formada por matemticos e engenheiros da Universidade de Utah, nos EUA, desenvolveu uma tcnica que usa ondas sonoras para organizar nanopartculas em padres que nunca se repetem.

O objetivo criar quasicristais, materiais cujos tomos se organizam em padres nicos e, por conta disso, apresentam propriedades eltricos e magnticas no encontradas em nenhum outro material.

Sendo possvel organizar esses padres, torna-se possvel fabricar materiais com essas propriedades perfeitamente ajustadas s necessidades da aplicao que se tem em mente.

“Os quasicristais so interessantes de estudar porque eles tm propriedades que os cristais no tm,” explicou o professor Fernando Vasquez. “Eles se mostraram mais rgidos do que materiais semelhantes peridicos ou desordenados. Eles tambm podem conduzir eletricidade ou espalhar ondas de maneiras diferentes dos cristais.”

De fato, os quasicristais, cuja descoberta rendeu o Nobel de Qumica de 2011, so to peculiares que alguns cientistas at defendem que os quasicristais so extraterrestres.

Esquema do experimento.
[Imagem: Elena Cherkaev et al. – 10.1103/PhysRevLett.126.145501]

Material construdo com ultra-som

Enquanto as cermicas e vidros tm seus tomos dispersos de forma totalmente bagunada, os materiais cristalinos – a includos os metais – tm seus tomos organizados de forma peridica – abstradas as impurezas, d para voc “copiar e colar” a estrutura de um cristal para criar um maior.

Mas isso no possvel com os quasicristais, cujos arranjos atmicos nunca se repetem.

A equipe ainda no est trabalhando com tomos, mas com nanopartculas de carbono. Eles descobriram que dois pares de alto-falantes emitindo ultra-sons so suficientes para posicionar com preciso essas partculas em um plano 2D – quando elas esto boiando na gua, por exemplo.

Foi a que os matemticos entraram, calculando a posio e as caractersticas das ondas sonoras que seriam necessrias para manipular as nanopartculas para que elas se organizassem em um padro previamente definido.

A configurao mnima consistiu em quatro pares de alto-falantes, emitindo ultra-sons, dispostos em um arranjo octogonal, parecido com uma placa de trnsito. “Ns sabamos que esta seria a configurao mais simples onde poderamos demonstrar arranjos de partculas quasiperidicas,” disse Vasquez. “Tambm tnhamos controle limitado sobre quais sinais usar para alimentar os transdutores de ultra-som; basicamente, podamos usar apenas o sinal ou seu negativo.”

No interior dessa configurao octogonal, a equipe colocou pequenas nanopartculas de carbono suspensas na gua. Assim que os transdutores foram ligados, as ondas de ultra-som guiaram as partculas de carbono, criando um padro quasiperidico semelhante a um mosaico de Penrose, um dos quasicristais mais estudados.

A equipe criou um mosaico de Penrose com excelente correspondncia com a teoria.
[Imagem: Fernando Guevara Vasquez]

Quasicristais sintticos

A prxima etapa ser realmente fabricar um material com um arranjo de padro quasiperidico. Isso no ser difcil, garante Vasquez, uma vez que, se as partculas ficarem suspensas em um polmero, em vez de gua, o polmero pode ser curado ou endurecido assim que as partculas estiverem em posio.

“Com este mtodo podemos criar materiais quasiperidicos que so 2-D ou 3-D e que podem ter essencialmente qualquer uma das simetrias quasiperidicas comuns simplesmente escolhendo como organizamos os transdutores de ultra-som e como os alimentamos,” disse Vasquez.

S ento ser possvel ver se esses quasicristais sintticos podero mesmo ser teis, mas uma eventual aplicao pode ser a criao de materiais que possam manipular ondas eletromagnticas como as que a tecnologia celular 5G usa hoje.

Outras aplicaes j conhecidas de materiais quasiperidicos incluem revestimentos antiaderentes, devido ao seu baixo coeficiente de atrito, revestimentos isolantes contra transferncia de calor e, com mais desenvolvimentos, podem servir para o endurecimento de metais e ligas metlicas por meio da incorporao de partculas quasicristalinas.

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