Numerosos avanços tecnológicos atuais dependem da necessidade de novas descobertas de materiais. No entanto, a compreensão dos padrões de reatividade é necessária para projetar métodos de síntese que levem a materiais de estado sólido novos e direcionados. Os avanços da ciência da síntese são necessários para aumentar a produtividade e acelerar a descoberta de novos materiais.
Cientistas do Departamento de Energia dos EUA (DOE) Argonne National Laboratory, Universidade Northwestern e The Universidade de Chicago desenvolveram um novo método para descobrir e fabricar novos materiais cristalinos com dois ou mais elementos.
Xiuquan Zhou, pós-doutorado em Argonne e primeiro autor do artigo, disse: “Nosso método de invenção surgiu da pesquisa em supercondutores não convencionais. São sólidos com dois ou mais elementos, dos quais pelo menos um não é metal. E eles deixam de resistir à passagem de eletricidade em diferentes temperaturas – desde qualquer lugar mais frio que o espaço sideral até o meu escritório.”
O processo de invenção da equipe começa com uma solução composta por dois componentes. Um deles é um solvente muito eficiente. Quaisquer sólidos adicionados à solução dissolvem-se nela e interagem com ela. A alternativa é um solvente menos potente. No entanto, existe para ajustar o comportamento da reação quando outros elementos são adicionados para gerar um novo sólido. A temperatura e a proporção dos dois componentes são ajustadas durante esse ajuste. Aqui, a temperatura varia de 750 a 1,300 graus Fahrenheit, o que é bastante alto.
Mercouri Kanatzidis, professor de química na Northwestern com nomeação conjunta em Argonne, disse: “Não estamos preocupados em melhorar os materiais conhecidos, mas em descobrir materiais que ninguém conhecia ou que os teóricos sequer imaginavam que existiam. Com este método, podemos evitar caminhos de reação a materiais conhecidos e seguir novos caminhos rumo ao desconhecido e imprevisto.”
Para testes, os cientistas aplicaram seu método a compostos cristalinos feitos de três a cinco elementos. Seu método de descoberta rendeu 30 compostos até então desconhecidos. Dez deles possuem estruturas nunca antes vistas.
No 17-BM-B da Advanced Photon Source da Divisão de Ciência de Raios-X, uma instalação de usuário do DOE Office of Science em Argonne, e na linha de luz UChicago ChemMatCARS em 15-ID-D, os cientistas criaram cristais únicos de alguns desses novos compostos e descreveram suas estruturas.
Cientista da linha de luz 17-BM-B Wenqian Xu dito"Com a linha de luz 17-BM-B do APS, conseguimos acompanhar a evolução das estruturas para as diferentes fases químicas que se formaram durante o processo de reação.”
Zhou disse, “Tradicionalmente, os químicos inventam e fabricam novos materiais confiando apenas no conhecimento dos ingredientes iniciais e do produto final. Os dados APS permitiram-nos também levar em conta os produtos intermediários que se formam durante uma reação.”
Dado que praticamente qualquer material cristalino pode ser processado através desta técnica, este é apenas o começo do que é possível. Também pode ser usado para criar uma variedade de formações cristalinas. Isso compreende camadas que são estratificadas inúmeras vezes, uma camada com apenas um átomo de espessura e cadeias de moléculas não conectadas.
Essas estruturas incomuns têm propriedades diferentes e são fundamentais para o desenvolvimento materiais de última geração aplicável não apenas a supercondutores, mas também a microeletrônica, baterias, ímãs e muito mais.
Jornal de referência:
- Xiuquan Zhou et al, Descoberta de estruturas e composições de calcogenetos usando fluxos mistos, Natureza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05307-7
