Pássaros ensinam como fabricar cristais de alta tecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/06/2021

Imitar o processo de fabricação natural dos pássaros é mais simples que todas as técnicas conhecidas até agora.
[Imagem: Vinodkumar Saranathan et al. - 10.1073/pnas.2101357118]

Cristais giroides

A natureza mais uma vez ofereceu de graça a solução para a tecnologia; neste caso, para a fabricação de um cristal que pode nada menos do que revolucionar toda a tecnologia.

Os cristais giroides têm propriedades eletrônicas e fotônicas únicas graças à sua rede cristalina "trançada" - um giroide é uma estrutura cúbica baseada em uma superfície que divide o espaço em dois volumes separados, que são interpenetrantes e contêm várias espirais.

Essa arquitetura muito especial os torna ideais para o uso em células solares e novas tecnologias baseadas na luz (fotônica), além de sugerirem a existência de materiais supercondutores com propriedades totalmente novas e inusitadas.

O problema é que, por serem tão complexos, fabricá-los em escala industrial é uma tarefa quase impossível.

"Atualmente, não conseguimos fabricar industrialmente cristais fotônicos de giroide único para trabalhar no espectro da luz visível, via automontagem, um processo que reúne espontaneamente 'blocos de Lego' químicos em nanoescala. Cristais maiores podem ser fabricados e então encolhidos por calor para trabalhar com luz visível, mas até agora isso pode ser feito apenas em pequena escala e não está isento de defeitos," conta o professor Vinod Saranathan, da Universidade de Yale, nos EUA.

Biomimetismo

A boa notícia é que a equipe de Saranathan descobriu que um pássaro nativo do sudeste asiático faz isso naturalmente em suas penas, de uma forma simples e que pode ser imitada por processos industriais.

Pontas da asa de um pássaro folha de asas azuis, mostrando as nanoestruturas produtoras de cor, de grande interesse tecnológico.
[Imagem: Vinod Kumar Saranathan]

A equipe descobriu complexos cristais giroides que funcionam para a luz visível nas penas de uma das espécies do pássaro-folha (leafbird, da família Chloropseidae). Embora a espécie seja conhecida como pássaro-folha de barriga laranja, os cristais são encontrados nas penas azuis iridescentes de suas asas e topo da cabeça.

"A maneira como os pássaros-folha fabricam esses cristais é muito mais simples do que como as borboletas (algumas das quais usam a mesma estrutura nas escamas de suas asas) ou os cientistas dos materiais conseguem fazê-lo. Assim, consideramos que nossa descoberta dos primeiros cristais de giroide único diretamente automontados conhecidos pela ciência, encontrados nesses pássaros-folha, é revolucionária," disse Saranathan.

Cristais idênticos aos produzidos naturalmente pelo pássaro têm potencial não apenas para melhorar as células fotovoltaicas - o que significa que elas podem ser produzidas de forma mais fácil e mais barata - mas também para uso em outras aplicações industriais, como catálise em células a combustível e fibras ópticas.

Isto sem contar que é possível ajustar o processo para fabricar cristais com propriedades específicas.

"Sabendo como os pássaros-folha fabricam essas estruturas exóticas pode estimular novas estratégias de automontagem ecologicamente corretas e biomiméticas para a síntese de materiais em grande escala nessas escalas ópticas de comprimento altamente desafiadoras, dada a necessidade ecológica urgente de tais materiais," finalizou Saranathan.

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