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O cristal inovativo tem muitas aplicações prometedoras

Publicado em 05 maio 2020

Por José Tadeu Arantes | Agência FAPESP

Os Spinels são óxidos com fórmulas químicas do tipo ABO 2 4, onde A é um cation divalent do metal (íon positivo), B são um cation trivalente do metal, e O é oxigênio.

Os Spinels são avaliados para sua beleza, que se deriva das configurações espaciais das moléculas, mas os spinels em que o cation trivalente B consiste no cromo do elemento (Cr) despertaram o grande interesse para uma razão que não não tivesse nada fazer com estética: têm as propriedades magnéticas com uma abundância de aplicações tecnologicos potenciais, dos sensores do gás para drogar portadores, e dos media de armazenamento de dados aos componentes de sistemas de telecomunicações.

Um estudo por pesquisadores brasileiros e indianos investigou um tipo peculiar do spinel: cromita zinco-lubrificada do manganês.

Nanoparticles deste material, descrito pela fórmula Mn0.5Zn0.5CrO 2 4 [onde o manganês (Mn) e o zinco (Zn) compor o cation divalent do Um-local], foi sintetizado no laboratório e caracterizado pelos cálculos baseados na teoria funcional de densidade (DFT), um método derivado da mecânica quântica que é usada na física de circuito integrado e na química para resolver estruturas de cristal complexas.

As propriedades estruturais, eletrônicas, vibracionais e magnéticas do material foram determinadas pela difracção de raio X, pela difracção de nêutron, pelo fotoelectrão do raio X espectroscopia e espectroscopia de Raman.

Um relatório do estudo foi publicado no jornal do magnetismo e em materiais magnéticos com as propriedades estruturais, eletrônicas, vibracionais e magnéticas do título “de nanoparticles 2+ substituídos Zn 2 4 de MnCrO”.

Os cientistas brasileiros que participaram no estudo são afiliado com o centro para a investigação e desenvolvimento dos materiais funcionais (CDMF), um dos centros da pesquisa, da inovação e da disseminação (RIDCs) apoiados pela fundação de pesquisa de São Paulo - FAPESP.

Uma transição de fase paramagnético-à-antiferromagnética foi estabelecida em 19 kelvin (- 254,15 Celsius). Os materiais paramagnéticos são atraídos por um campo magnético externo porque suas átomos ou moléculas cada um têm um elétron com uma rotação desirmanada.

Os materiais magnéticos têm diversos elétrons desirmanados organizados, e o efeito cumulativo destes elétrons produz a atracção magnética.

Em materiais antimagnéticos ou antiferromagnéticos, as rotações de todos os elétrons são emparelhadas, de modo que para cada elétron da rotação-acima, há um elétron da rotação-para baixo. Em conseqüência, não respondem perceptìvel à presença de um campo magnético externo moderado.

“Nosso interesse neste material é devido a suas propriedades magnéticas,” Elson Longo, um dos autores do estudo, disse. Longo é um professor emérito no departamento de química da universidade federal de São Carlos (UFSCar) no estado de São Paulo, de Brasil, e do investigador principal de CDMF.

Os estudos convencionais consideram propriedades magnéticas genèrica, do ponto de vista do sistema no conjunto, visto que nós desenvolvemos um método mecânico do quantum para determinar propriedades magnéticas com base nas morfologias das superfícies da estrutura de cristal de um material.

Mesmo antes de sintetizar algum material, nós podemos prever teòrica suas propriedades magnéticas. Neste caso específico, nós esperamos o zinco promover um aumento na superfície com propriedades magnéticas, e este aconteceu certamente.”

Elson Longo, autor do estudo e professor emérito, departamento de química, universidade federal de São Carlos

De acordo com Longo, para ser compreendido correctamente, um cristal deve ser considerado em três escalas diferentes. “Em uma grande distância, nós temos o cristal inteiro. Em uma distância curto, nós temos o conjunto possível o menor de átomos. Em uma distância média, nós temos dois ou mais conjuntos que interagem.

“Se um conjunto é pedido perfeitamente, não indicará o comportamento paramagnético, muito menos o comportamento magnético, porque para cada elétron da rotação-acima, haverá um elétron de deslocamento da rotação-para baixo. Contudo, se alguma mudança está feita - se os ângulos da ligação química estão alterados, por exemplo - então os elétrons desirmanados podem aparecer, e o material pode tornar-se paramagnético ou mesmo magnético,” disse.

Este distúrbio pode igualmente ocorrer em conseqüência das interacções da media-distância. O magnetismo, pode conseqüentemente ser produzido por mudanças em distâncias curtos e médias.

O mesmo material pode indicar propriedades diferentes segundo variações em determinados parâmetros, que tem que fazer com como o material é sintetizado.

“CDMF está conduzindo os estudos que concentram-se em identificar materiais muito baratos com propriedades bactericidas e fungicidas. Uma das aplicações seria a produção de empacotamento para estender a vida útil dos produtos alimentares.

Um outro foco é a identificação de materiais inorgánicos com propriedades anticancerosas. Uma terceira linha de alvos de pesquisa para encontrar materiais da fotodegradação capazes de dividir moléculas orgânicas e de convertê-las no gás e na água do carbono. Estes materiais poderiam ser usados para limpar os rios contaminados por poluentes,” Longo disse.