Nanopartículas são capazes de se auto-estruturar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/07/2003

Cientistas das Universidades de Columbia e New Orleans (Estados Unidos) e da fabricante de computadores IBM, anunciaram a descoberta de um método de montagem de uma estrutura molecular tridimensional, construindo um novo material a partir de partículas nanoscópicas de dois materiais diferentes.

No estudo, publicado na revista Nature do último dia 26 de Junho, a equipe de pesquisadores descreve os métodos químicos super precisos desenvolvidos para configurar o tamanho das partículas em incrementos de menos do que um nanômetro e para ajustar as condições da experiência de forma que as partículas pudessem montar-se autonomamente em padrões tridimensionais repetidos e consecutivos. Assinam o artigo os cientistas Christopher Murray, Stephen O'Brien, Franz Redl e Kyung Sang Cho.

A criação de novos materiais com propriedades que nenhum outro material possui, resultando nos chamados "metamateriais", é uma das promessas da nanotecnologia. Os cientistas já haviam conseguido montar padrões bidimensionais a partir de nanopartículas de ouro de diferentes tamanhos e a partir da união de partículas de ouro e prata. Estendendo este conceito para três dimensões e utilizando uma diversidade maior de materiais, demonstra-se a capacidade de se unificar mais desses materiais do que até agora era imaginado.

"O que mais nos entusiasma é que este é um método modular de montagem que irá nos permitir juntar praticamente quaisquer materiais," afirma Christopher Murray, cientista da IBM. "Nós demonstramos a capacidade de juntar materiais complementares com vistas à criação de materiais com propriedades específicas de nosso interesse."

Os cientistas escolheram os materiais utilizados na experiência baseando-se em suas diferenças, uma vez que eles deveriam ser, antes de tudo, complementares. O seleneto de chumbo é um semicondutor que tem apliações em detectores de infravermelho e registro de assinaturas térmicas (imagens de temperatura) de objetos e pessoas. Agora ele poderá ser ajustado de maneira mais precisa para captar faixas específicas do infravermelho. O outro material, óxido magnético de ferro, é mais conhecido em suas aplicações como cobertura de discos de computadores.

A combinação dessas nanopartículas poderá resultar em novas propriedades magneto-óticas, assim como em propriedades-chave para a implementação da computação quântica. Por exemplo, poderá ser possível modular-se as propriedades óticas do material pela aplicação de um campo magnético externo.

O primeiro passo da experiência consistiu na criação das nanopartículas. O tamanho das nanopartículas foi calculado a partir dos dados matemáticos ideais simulados para a estrutura que eles queriam criar. Além de adequadamente dimensionadas, as partículas têm que ser totalmente uniformes, podendo varia apenas 5 por cento em relação ao tamanho ideal. Os pesquisadores estabeleceram o tamanho de 11 nanômetros de diâmetro para as partículas de óxido de ferro, as quais foram construídas pelo Dr. Redl, enquanto o Dr. Cho construiu as partículas de seleneto de chumbo, com 6 nanômetros de diâmetro. Há aproximadamente 60.000 átomos em uma nanopartícula de óxido de ferro e cerca de 3.000 átomos em uma partícula de seleneto de chumbo.

A seguir, as partículas foram montadas na estrutura desejada. Na verdade, as partículas montaram elas mesmas as estrutura 3D, através da repetição de padrões que podem ser ajustados alterando-se as condições da experiência. Formar essas estruturas cristalinas, ao invés de misturas aleatórias de partículas, é essencial para que o material compósito possa apresentar comportamentos previsíveis e consistentes. Vários outros materiais apresentam a capacidade de se auto-arranjar em estruturas densas, mas nenhum deles é feito de dois componentes, não se arranjam em estruturas 3D e não atingem a dimensão (comprimento das cadeias) alcançada com o novo método.

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