Formato influencia propriedades de nanomateriais
Pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais desenvolvem método para identificar a forma ideal de uma nanopartícula de modo que apresente uma determinada característica
Elton Alisson, de São Carlos |
Agência FAPESP – Partículas de prata em escala nanométrica (bilionésima
parte do metro) com capacidade bactericida 32 vezes maior do que as obtidas até
hoje são algumas das estruturas desenvolvidas nos laboratórios do Centro de
Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um dos Centros de Pesquisa,
Inovação e Difusão (CEPIDs) apoiados pela FAPESP. instalado na Universidade
Federal de São Carlos (UFSCar).
Para criar materiais inovadores
como esse, os pesquisadores desenvolveram técnica que permite identificar a
forma ideal que uma nanopartícula deve ter para apresentar uma determinada
característica, e ainda avaliar como métodos químicos –aplicação de solventes,
aditivos ou controle de pH (acidez) – e físicos – térmicos,, por exemplo –
podem modificar a morfologia desses nanomateriais.
Alguns dos resultados de estudos
feitos com a nova técnica foram apresentados em palestra na primeira edição do
Simpósio de Pesquisa e Inovação em Materiais Funcionais, promovido pelo CDMF
nos dias 23 e 24 maio na UFSCar.
“Nosso método permite modelar as
diferentes formas que um nanomaterial pode apresentar no desenvolvimento de
nanopartículas ou de nanocristrais com propriedades de interesse tecnológico”,
disse Juan Manuel Andrés Bort, professor da Universitat Jaume I, da Espanha, e
um dos autores da técnica, à Agência FAPESP.
Como explica Bort, o surgimento
da nanotecnologia revelou que materiais em escala atômica e molecular
apresentam propriedades físicas e químicas diferentes das observadas em tamanho
macrométrico. Com isso, foi possível desenvolver estruturas e materiais com
melhores propriedades, sejam ópticas, catalíticas, bactericidas ou outras.
Mais recentemente, descobriu-se
que não só o tamanho, mas também a morfologia das nanopartículas tem
importância primordial, uma vez que a maioria das propriedades físico-químicas
é dependente da forma dos materiais.
“Passamos a perceber que a
morfologia de um cristal ou de uma partícula em escala nanométrica influencia
significativamente o seu uso final na reatividade de catalisadores, na
atividade bactericida ou no desempenho de um sensor. Com isso, vimos que é
preciso caracterizar e controlar não apenas o tamanho, mas também a forma das
nanopartículas”, disse Bort.
Para calcular as possíveis
morfologias de uma nanopartícula ou de um nanocristal e prever a forma ideal,
de modo que apresentem as características desejadas, os pesquisadores têm se
baseado em uma abordagem proposta para materiais em escala macrométrica pelo
cristalógrafo russo George Wulff (1863-1925), em 1901.
De acordo com a equação
matemática que ficou conhecida como “construção de Wulff”, a morfologia de um
cristal pode ser prevista pela energia das diferentes superfícies ou faces do
material.
Ao aplicar essa abordagem à
nanociência e combiná-la com ferramentas de modelagem e de simulação
computacional, os pesquisadores ligados ao CDMF desenvolveram um método mais
simples de prever a forma de nanopartículas com as propriedades desejadas em
razão das energias superficiais do material.
“Conseguimos calcular quanticamente
as morfologias de nanomateriais e, dessa forma, desenvolver um ‘mapa’ das
formas que as nanopartículas devem ter para apresentar uma propriedade de
interesse”, disse Bort.
Por meio desse “mapa” de
possíveis formas de um nanomaterial e com o uso de microscopia eletrônica de
transmissão de alta resolução – que permite estudar microestruturas em escala
atômica –, foi desenvolvida uma série de novos materiais nos últimos anos.
Entre eles estão nanocristais de tungstato de zinco (ZnWO4) e de tungstato de
prata (?-Ag2WO4) com propriedades fotoluminescente e fotocatalítica mais
elevadas.
“O método que desenvolvemos
permite entender a evolução das propriedades estruturais, eletrônicas e
magnéticas ao longo de mudanças contínuas na superfície de nanopartículas com
precisão, átomo por átomo”, disse Bort.
Trabalho premiado
A pós-doutoranda Amanda Fernandes
Gouveia, que fez doutorado na UFSCar com Bolsa da FAPESP, usou o novo método
para avaliar a influência da adição de reagentes e da utilização de diferentes
temperaturas sobre as propriedades fotocatalíticas de tungstatos de prata e de
zinco.
As análises indicaram que, no
caso do tungstato de zinco, por exemplo, as amostras obtidas em diferentes
temperaturas apresentavam atividades fotocatalíticas variadas, apesar de terem
as mesmas características.
“Experimentalmente, não era
possível descrever essas superfícies, dizer quais átomos, quais clusters
estavam presentes. A modelagem tornou possível essa descrição, relacionando
assim as diferentes temperaturas e as superfícies resultantes à atividade
catalítica encontrada”, disse Gouveia.
O estudo foi apresentado na
Nano-Micro Conference Innovation Award 2018, em dezembro na Coreia do Sul,
tendo recebido o prêmio de trabalho mais inovador.
A conferência reuniu
pesquisadores, executivos e outros líderes de projetos na área em todo o mundo,
para discutir novos desenvolvimentos e pesquisas de fronteira no campo
multidisciplinar da Nano-Micro Ciência e Engenharia.
Fonte: Agência Fapesp
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