Além das ligas metálicas: Vêm aí os híbridos atômicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/10/2018

Não se trata mais de colocar tudo em um tacho quente e mexer: Agora os materiais metálicos podem ser construídos de baixo para cima.
[Imagem: Takamasa Tsukamoto et al. - 10.1038/s41467-018-06422-8]

Hibridização de átomos

Químicos japoneses descobriram uma maneira de criar materiais inovadores misturando metais com controle de precisão em nível atômico e molecular.

É um passo à frente das tradicionais ligas metálicas, cujas propriedades já se sabia depender dos cristais que se formam na união de um ou mais metais. Agora, torna-se possível dirigir a formação desses cristais de baixo para cima.

Baseado em um conceito chamado hibridização de átomos, o método abre uma nova área da química que pode levar ao desenvolvimento de materiais funcionais avançados, autênticos híbridos atômicos.

A hibridização de átomos é um método para a síntese de aglomerados de múltiplos metais em escala de um nanômetro. Para isso, a equipe japonesa usou um dendrímero como molde. Vários íons metálicos podem ser absorvidos pela estrutura do dendrímero, em várias combinações. Os aglomerados multimetálicos são obtidos por redução química desses íons metálicos no molde (a redução é processo contrário da oxidação).

Um dendrímero, por sua vez, é uma macromolécula com estruturas ramificadas e repetidas. Takamasa Tsukamoto e seus colegas do Instituto de Tecnologia de Tóquio utilizaram um modelo dendrimérico projetado para a montagem de átomos metálicos com controle preciso do número de átomos que entram em cada aglomerado.

Aglomerados multimetálicos - tipicamente compostos de três ou mais metais - apresentam propriedades que não podem ser obtidas por materiais de metal único. Se uma variedade de elementos metálicos for misturada livremente, a expectativa é que substâncias ainda desconhecidas sejam descobertas e materiais altamente funcionais sejam desenvolvidos. Até agora, porém, só haviam sido relatadas misturas de até quatro elementos metálicos por causa da separação desfavorável dos diferentes metais.

Visualização dos híbridos atômicos resultantes da mistura de cinco metais.
[Imagem: Takamasa Tsukamoto]

Moléculas multimetálicas

O novo método de hibridação atômica usando o molde de dendrímero permite sintetizar aglomerados multimetálicos virtualmente sem limites de combinações, com controle preciso de tamanho e composição em nível atômico. Como existem mais de 90 metais na tabela periódica, isso abre a possibilidade de infinitas combinações de elementos, atomicidade e composição.

Até o momento, Tsukamoto sintetizou híbridos atômicos de cinco e seis elementos. Os primeiros são compostos de gálio (Ga), índio (In), ouro (Au), bismuto (Bi) e estanho (Sn), bem como ferro (Fe), paládio (Pd), ródio (Rh), antimônio (Sb) e cobre (Cu); o aglomerado de seis elementos é constituído por Ga, In, Au, Bi, Sn e platina (Pt).

A seguir, a equipe pretende começar a trabalhar com oito elementos, verificando eventuais ajustes na técnica que sejam necessários conforme o número de metais aumenta.

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