Átomos são vistos nadando em um líquido pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/08/2022

Ilustração e imagem (detalhe) dos átomos nadando em um líquido.
[Imagem: University of Manchester]

Interface sólido-líquido

Líquidos entram em contato com sólidos o tempo todo, criando interfaces essenciais para tudo, dos processos biológicos que sustentam a vida aos processos industriais, baterias, células de combustível e quase tudo que possamos imaginar.

Contudo, sabemos muito pouco sobre esse fenômeno tão fundamental.

O que sabemos é que, quando uma superfície sólida entra em contato com um líquido, ambas as substâncias mudam sua configuração em resposta à proximidade uma da outra - como, com que velocidade e como cada substância passa a se comportar são todos ainda enigmas a serem desvendados.

"Dada a ampla importância industrial e científica desse comportamento, é realmente surpreendente o quanto ainda temos que aprender sobre os fundamentos de como os átomos se comportam em superfícies em contato com líquidos. Uma das razões pelas quais falta tanta informação é a inexistência de técnicas capazes de produzir dados experimentais para interfaces sólido-líquido," explicou a professora Sarah Haigh, da Universidade de Manchester (Reino Unido).

A boa notícia é que a equipe da professora Haigh acaba de criar uma nova "nano-placa de petri", permitindo pela primeira vez observar como átomos individuais de um sólido se comportam conforme esse sólido entra em contato com um líquido.

Esta é a célula líquida, que permite visualizar a interface sólido-líquido.
[Imagem: Daniel J. Kelly et al. - 10.1021/acs.nanolett.7b04713]

Janelas de grafeno

A equipe começou empilhando camadas de um material bidimensional bem estudado, a molibdenita. A seguir, eles fizeram furos nesse dissulfeto de molibdênio, cobriram um dos lados com grafeno, inseriram líquido e então tamparam o outro lado também com grafeno - os pesquisadores chamam esse dispositivo de "célula líquida de grafeno duplo".

Essas janelas de grafeno permitiram criar camadas líquidas controladas com precisão, possibilitando pela primeira vez filmar átomos individuais "nadando" cercados pelo líquido.

Ao analisar como os átomos se movem, e comparando as imagens com as teorias, os pesquisadores conseguiram entender o efeito do líquido no comportamento atômico.

Eles descobriram, por exemplo, que o líquido acelera o movimento dos átomos, e também que ele altera os locais de repouso preferidos do átomo em relação ao sólido subjacente - o que não era bem o que se esperava segundo as teorias.

"Em nosso trabalho, mostramos que informações enganosas são fornecidas se o comportamento atômico for estudado no vácuo, em vez de usar nossas células líquidas," explicou o pesquisador Nick Clark, referindo-se aos microscópios eletrônicos de transmissão, uma técnica que permite visualizar e analisar átomos individuais, mas que exige um ambiente de alto vácuo - e a estrutura dos materiais muda no vácuo.

Tecnologias verdes

A equipe acredita que suas células com janelas transparentes deverão ter um impacto generalizado no desenvolvimento de tecnologias verdes, como a produção de hidrogênio.

"Esta é uma conquista marcante e é apenas o começo - nós já estamos procurando usar essa técnica para dar suporte ao desenvolvimento de materiais para o processamento químico sustentável, necessário para alcançar as metas mundiais de emissões líquidas zero," disse Clark.

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