Técnica de cerâmica produz materiais cristalinos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/06/2005

Cientistas da Universidade Rutgers, Estados Unidos, descobriram uma nova técnica mais simples e barata de crescer cristais minúsculos de alta pureza, adequados para a fabricação de componentes eletrônicos. Além de simplificar o processo atual de crescimento de cristais, a nova técnica permite a criação de materiais em tamanhos e formatos que não eram possíveis até hoje.

No último exemplar da revista Langmuir, da Sociedade Norte-Americana de Química, cientistas da universidade e da empresa Ceramare Corporation descreveram o novo método, por meio do qual eles conseguiram revestir milhares de grânulos microscópicos de cristais individuais, fazendo-os estruturar-se em camadas finas e muito densas.

O conjunto resultante de partículas, altamente ordenadas, tem o mesmo desempenho das pastilhas cristalinas ("wafers") fabricadas pelos métodos tradicionais, com a vantagem de dispensar o demorado crescimento de cristais em soluções ou sob fundição, que depois ainda precisam ser cortados em fatias para se chegar aos wafers utilizados na construção de chips.

"Os materiais que nós criamos em nosso laboratório eliminam um hiato entre os materiais de cristal único, com suas estruturas atômicas precisamente ordenadas, e a cerâmica, que possui estruturas orientadas aleatoriamente," explica o professor Richard Riman.

"Esses materiais chamados 'tipo-cristal-único' possuem propriedades que se aproximam daquelas dos materiais verdadeiramente de cristal único, mas como nós podemos produzí-los com técnicas utilizadas na fabricação de cerâmicas, há um potencial para sintetizá-los economicamente, em tamanhos grandes e em larga escala," conclui ele.

A pesquisa foi feita com titanato-zirconato de chumbo, ou PZT (união dos símbolos atômicos desses elementos), um material hoje utilizado na fabricação de sensores de movimento, capacitores elétricos e até mesmo para absorção de impacto em equipamentos esportivos, como esquis e raquetes de tênis.

Até hoje considera-se que é virtualmente impossível fabricar-se o PZT como um cristal único, o que limita as aplicações práticas de sua forma policristalina - uma mistura sólida de pequenas partículas cristalinas. Mesmo as mais avançadas técnicas de laboratório somente permitem a construção de cristais de cerca de meio centímetro de aresta.

A nova técnica utiliza um processo químico para a formação de cubos de tamanho e formato uniformes, medindo entre dois e três micra de lado. A seguir, gotas de uma solução de álcool e óleo mineral contendo esses minúsculos cubos foi lançada sobre uma superfície com água. Várias forças, incluindo a tensão superficial da água, fizeram com que os cubos se "auto-montassem" em uma camada única de alta densidade.

Utilizando uma sofisticada técnica, por meio de um microscópio de força atômica, os cientistas mediram as propriedades piezoelétricas - a capacidade de gerar eletricidade quando submetido a um impacto mecânico - do novo material e descobriram que elas são comparáveis ao desempenho apresentado pelos materiais de cristal único.