Juntas químicas tornam cristais elásticos como borracha

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/01/2022

Tornar o cristal flexível sob demanda tem inúmeras aplicações práticas.
[Imagem: Jayanta Samanta et al. - 10.1016/j.chempr.2021.11.014]

Cristais que esticam

Pesquisadores descobriram uma nova maneira de dar elasticidade a cristais sólidos, uma modificação que pode permitir que eles atuem como filtros muito eficazes, além de inúmeras outras aplicações.

O resultado é um novo tipo de cristal poroso, à base de carbono, que pode esticar até mais do que o dobro do seu comprimento original.

"Imagine um diamante que se comporta como um elástico," compara o professor Chenfeng Ke, da Universidade Dartmouth, nos EUA.

O ponto de partida são materiais de grande interesse tecnológico, conhecidos como estruturas orgânicas porosas. São materiais tipicamente muito duros e quebradiços, construídos a partir de um andaime de moléculas orgânicas leves, como carbono, oxigênio e nitrogênio, às quais são adicionadas reticulações moleculares adicionais para fortalecer a estrutura.

Essas estruturas lembram redes abertas, cheias de vazios, ou poros, que podem abrigar uma variedade de moléculas. Isso permite que elas atuem como filtros, que podem remover poluentes do ar e da água, dessalinizar a água do mar, para armazenamento de produtos químicos comercialmente importantes e várias outras aplicações, bastando ajustar o tamanho dos poros para que o material acomode as moléculas a serem absorvidas ou armazenadas.

Ilustração do cristal se expandindo sob ação de uma substância específica.
[Imagem: Yunxiao Lin et al. - 10.1021/jacs.7b03204]

Juntas flexíveis

O que os pesquisadores fizeram agora foi desenvolver uma técnica para ajustar os blocos moleculares fundamentais, inserindo compostos químicos específicos que dão consistência ao cristal, mas o fazem de uma forma flexível, permitindo ao cristal se expandir.

Eles conseguiram isso adicionando o que chamam de "juntas flexíveis" ao andaime do cristal. As juntas são feitas de íons que se repelem, mas que são mantidos no lugar por interações com outras moléculas no andaime. Quando encontram o produto químico certo, que funciona como gatilho, os íons são destravados e rapidamente se afastam uns dos outros - a equipe usou como gatilho um fenol usado em produtos de limpeza.

Isso faz com que o cristal se expanda, mas apenas até onde seus reticuladores permitirem - ou seja, ele não vai trincar e começar a se partir.

"É como se algumas moléculas tivessem uma chave que pode desbloquear muito espaço extra, que agora podem ocupar," detalhou a pesquisadora Jayanta Samanta.

E o efeito é reversível, com o material recuperando a forma original na metade do tempo que ele leva para esticar.

Essa resposta física a produtos químicos específicos, que podem estar presentes no ambiente ou serem adicionados sob demanda, pode ser usada em inúmeras aplicações, como absorção de impurezas da água, dessalinização, armazenamento de energia, detecção de poluentes e muito mais.

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