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– O estudo mostra como a mistura de várias moléculas – até oito por vez – pode resultar em um material com um desempenho tão bom quanto o dos formadores de vidro mais conhecidos atualmente.
Cortesia Chalmers University: Pesquisadores da Chalmers University of Technology, Suécia, conseguiram criar um novo tipo de vidro super estável e durável com aplicações potenciais que variam de medicamentos, telas digitais avançadas e tecnologia de célula solar.
Um vidro, também conhecido como “sólido amorfo”, é um material que não tem uma estrutura ordenada de longo alcance – não forma um cristal. Os materiais cristalinos, por outro lado, são aqueles com um padrão altamente ordenado e repetitivo. O fato de um copo não conter cristais é o que o torna útil.
Os materiais que comumente chamamos de “vidro” na vida cotidiana são principalmente à base de dióxido de silício, mas o vidro pode ser formado a partir de muitos materiais diferentes. Os pesquisadores estão, portanto, sempre interessados em encontrar novas maneiras de encorajar diferentes materiais a formarem esse estado amorfo, o que pode potencialmente levar ao desenvolvimento de novos tipos de vidro com propriedades melhoradas e novas aplicações. O novo estudo, publicado recentemente na revista científica Science Advances, representa um importante avanço nessa busca.
“Agora, de repente abrimos o potencial para criar novos e melhores materiais vítreos, simplesmente misturando muitas moléculas diferentes. Aqueles que trabalham com moléculas orgânicas sabem que o uso de misturas de duas ou três moléculas diferentes pode ajudar a formar um vidro, mas poucos poderiam esperar que a adição de mais moléculas, e tantas, alcançaria resultados tão superiores “, diz o professor Christian Müller em o Departamento de Química e Engenharia Química da Universidade Chalmers, que liderou a equipe de pesquisa por trás do estudo.
Melhor resultado para qualquer material formador de vidro
Um vidro é formado quando um líquido é resfriado sem sofrer cristalização, um processo denominado vitrificação. O uso de misturas de duas ou três moléculas para estimular a formação de vidro é um conceito bem estabelecido. No entanto, o impacto da mistura de uma infinidade de moléculas na capacidade de formar um vidro recebeu pouca atenção.
Os pesquisadores experimentaram uma mistura de até oito moléculas de perileno diferentes que, individualmente, têm uma grande fragilidade – propriedade relacionada à facilidade de um material formar um vidro. Mas misturar as muitas moléculas resultou em uma diminuição substancial na fragilidade, e um formador de vidro muito forte com fragilidade ultrabaixa foi formado.
“A fragilidade do vidro que criamos no estudo é muito baixa, representando a melhor capacidade de formação de vidro que foi medida não apenas para qualquer material orgânico, mas também para polímeros e materiais inorgânicos, como vidros metálicos em massa. Os resultados são ainda superiores à capacidade de formação de vidro do vidro de janela comum, um dos melhores formadores de vidro que conhecemos ”, diz Sandra Hultmark, estudante de doutorado no Departamento de Química e Engenharia Química e principal autora do estudo.
Prolongando a vida útil do produto e economizando recursos
Aplicações importantes para vidros orgânicos mais estáveis são as tecnologias de display, como telas OLED, e tecnologias de energia renovável, como células solares orgânicas.
“Os OLEDs são construídos com camadas vítreas de moléculas orgânicas emissoras de luz. Se esses vidros fossem mais estáveis, isso poderia melhorar a durabilidade de um OLED e, por fim, da tela ”, explica Sandra Hultmark.
Outra aplicação que pode se beneficiar de vidros mais estáveis são os produtos farmacêuticos. Drogas amorfas se dissolvem mais rapidamente, o que auxilia na rápida absorção do ingrediente ativo após a ingestão. Portanto, muitos produtos farmacêuticos fazem uso de formações de drogas formadoras de vidro. Para produtos farmacêuticos, é vital que o material vítreo não se cristalize com o tempo. Quanto mais estável for o medicamento vítreo, maior será o prazo de validade do medicamento.
“Com vidros mais estáveis ou novos materiais de formação de vidro, podemos estender a vida útil de um grande número de produtos, oferecendo economia em termos de recursos e economia”, diz Christian Müller.
Mais sobre a pesquisa
- O artigo científico “Vitrificação de misturas de perileno octonário com fragilidade ultrabaixa” foi publicado na revista científica Science Advances e é escrito por Sandra Hultmark, Alex Cravcenco, Khuschbu Khushwaha, Suman Mallick, Paul Erhardt, Karl Börjesson e Christian Müller. Os pesquisadores são ativos na Chalmers University of Technology e na Universidade de Gotemburgo.
- Os pesquisadores optaram por trabalhar com uma série de pequenas moléculas conjugadas compreendendo um núcleo de perileno com diferentes grupos alquil pendentes em uma das posições do compartimento. Todos os oito derivados de perileno cristalizam prontamente quando vazados da solução e mostram uma fragilidade de mais de 70.
- A mistura de oito derivados de perileno resultou em um material que apresenta uma fragilidade de apenas 13, que é um valor recorde baixo para qualquer material formador de vidro estudado até o momento, incluindo polímeros e materiais inorgânicos, como vidros metálicos a granel e dióxido de silício.
- O projeto de pesquisa foi financiado pelo Swedish Research Council, European Research Council, bem como pela Knut e Alice Wallenberg Foundation por meio do projeto: Mastering Morphology for Solution-born Electronics.
Para mais informações entre em contato: Christian Müller, Professor do Departamento de Química e Engenharia Química, Chalmers University of Technology, +46 31-77227 90 christian.muller@chalmers.se
Sandra Hultmark, doutoranda do Departamento de Química e Engenharia Química, Chalmers University of Technology sanhul@chalmers.se
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