Nanocristais: a eficácia dos materiais de construção com funções combinadas

Como é que os materiais que combinam diferentes funções podem ser fabricados de uma forma mais viável? Os nanocristais e a sua combinação são a resposta. Pela primeira vez, uma equipa de cientistas e engenheiros da Universidade da Pensilvânia e da Universidade de Michigan observou em tempo real como dois tipos de nanopartículas se combinam para criar novos materiais compostos.

A ideia é reunir materiais que, por sua vez, contenham as propriedades de cada partícula, como a fotoluminescência, o magnetismo e a capacidade de conduzir eletricidade, explicam num comunicado. Se esta multifuncionalidade dos materiais for alcançada, as novas estruturas poderão um dia alimentar os seus aparelhos, iluminar a sua casa e até armazenar energia.

Apenas o resultado era conhecido, sem que as etapas fossem claras: depois de misturar as nanopartículas num líquido, deixa-se secar uma gota de solução até que se combinem para formar a superestrutura desejada. Para identificar os nanocristais, é necessário atingi-los com raios X. Cada estrutura cristalina resultante dispersa os raios X em padrões únicos.

Assim foi possível observar o processo

Num estudo recentemente publicado na revista Nature Synthesis, são evidentes as primeiras medições de dispersão de raios X em tempo real de super-redes. O processo foi observado abrandando a montagem e utilizando técnicas mais rápidas de dispersão de raios X com a ajuda da National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) no Brookhaven National Laboratory em Upton, Nova Iorque.

Para tornar a montagem mais lenta, os investigadores misturaram as nanopartículas numa emulsão de óleo - tal como explicam no comunicado de imprensa - que depois colocaram em água. A mistura é reduzida à medida que o óleo se difunde na água, mas mais lentamente do que no método tradicional acima referido. Após esta fase, os nanocristais expulsam lentamente o último resíduo de óleo ao longo de algumas horas.

Esta observação permitiu aos cientistas explorar - através de simulações de modelos - como se formam as super-redes e, assim, compreender o que está envolvido na montagem de materiais combinados, ou seja, estruturas que ajudarão a construir dispositivos multifuncionais de última geração.

Para que são utilizados os nanocristais?

Os nanocristais são partículas minúsculas com menos de 100 nanómetros. Têm uma grande variedade de aplicações em domínios como a medicina e a energia. Foram utilizados, por exemplo, no fabrico de filtros que refinam o petróleo bruto em gasóleo, na produção de hidrogénio ou na obtenção de bioetiquetas para identificar genes.

Dispostas de forma ordenada, as nanopartículas constituem muitos materiais. Entre os tipos de nanocristais existentes encontram-se os biológicos, utilizados para a administração de medicamentos e biossensores no domínio da medicina. Dentro de alguns anos, é provável que se saiba mais sobre as super-redes de nanocristais, de modo a melhorar as suas aplicações.

Referência da notícia
Marino, E., LaCour, R.A., Moore, T.C. et al. Crystallization of binary nanocrystal superlattices and the relevance of short-range attraction. Nat. Synth (2023).