Técnica inovadora obtém materiais vitrocerâmicos com menos tempo e energia

Com informações da UFSCar - 16/05/2023

Amostras de vitrocerâmicas obtidas pela equipe brasileira.
[Imagem: João Vitor Campos/UFSCar]

Vitrocerâmicas

Pesquisadores brasileiros desenvolveram, testaram e depositaram a patente de uma nova rota de obtenção de vitrocerâmicas por meio da cristalização ultrarrápida de vidros.

Vitrocerâmicas são uma classe de materiais obtidos a partir da cristalização do vidro, estando presentes em produtos como telas de telefones celulares, fogões de mesa (cooktop) e eletrólitos sólidos de baterias.

A nova tecnologia foi desenvolvida por João Vitor Campos e colegas do Laboratório de Materiais Vítreos (LaMaV), localizado na UFSCar (Universidade Federal de São Carlos).

Ela é baseada em uma técnica utilizada por uma única empresa em todo o mundo, e mesmo assim para a produção de cerâmicas, mas não de vitrocerâmicas.

A nova rota tem potencial para diversificar as propriedades e, desta forma, as aplicações dessa classe de materiais.

Cristalização por sinterização ultrarrápida

A técnica é chamada cristalização com sinterização ultrarrápida (flash-sinter crystallization).

A cristalização é a solidificação normal de um material fluido em um sólido cristalino, tipicamente pelo resfriamento, enquanto a sinterização consiste na transformação de um pó em um objeto sólido, por meio de compactação e aquecimento.

Alguns dispositivos eletrônicos flexíveis são feitos de vitrocerâmicas.
[Imagem: Eurekite/Divulgação]

O novo processo junta as duas coisas, promovendo a sinterização e a cristalização de pó de vidro de uma forma tão precisa - o processo é controlado por computador - que o aquecimento do material vítreo gera uma vitrocerâmica, e não apenas uma cerâmica típica, como acontece normalmente.

Nesse processo, o vidro, que é um material amorfo - desorganizado no nível atômico -, ganha frações maiores ou menores de cristais, nos quais os átomos estão organizados espacialmente em padrões que se repetem ao longo do material. É esse aspecto híbrido que caracteriza as vitrocerâmicas.

A técnica, que leva em seu nome o termo flash justamente pela rapidez com que o processo ocorre, permite produzir vitrocerâmicas densas em questão de segundos. Além disso, a temperatura exigida é muito mais baixa do que os procedimentos convencionais, o que resulta em grande economia de energia. Esses dois ganhos elevam fortemente o potencial de uso industrial do novo processo.

Uso em baterias

Para testar o novo processo, os pesquisadores produziam um material vitrocerâmico com a propriedade de condutividade iônica - transporte de eletricidade por meio de íons - necessária à aplicação em dispositivos para armazenamento de energia, como as baterias.

Mas a invenção deverá levar à criação de novos materiais e à otimização dos materiais já existentes, dando-lhes melhores propriedades e, assim, novas aplicações.

A equipe segue aprimorando a técnica, tendo como objetivo, além dessas aplicações, a otimização de outras características dos materiais obtidos - como uma melhor condutividade elétrica - e o uso de outros materiais precursores, gerando cristais com outras características.