Quasicristais

O vencedor do Nobel de Química de 2011 “modificou fundamentalmente a concepção de um sólido para os químicos”, afirma um comunicado do comitê do Prêmio Nobel.

O prêmio Nobel de Química foi atribuído nesta quarta-feira ao israelense Daniel Shechtman pela descoberta dos quasicristais, anunciou o comitê Nobel. Shechtman nasceu em 1941 en Tel Aviv e é professor emérito no Instituto de Tecnologia israelense em Haifa.

No dia 8 de abril de 1982, o israelense descobriu um cristal, usando técnicas (físicas!) de microscopia eletrônica, no qual os “átomos estavam encaixados em um modelo que não pode ser repetido”, ao contrário das leis da natureza, segundo o comunicado da Academia Real Sueca de Ciências.

 A revista do artigo original foi a Physical Review Letters, sendo Shechtman o primeiro autor.

A simetria pentagonal que ele revelou em ligas metálicas era surpreendente: o plano não pode ser coberto por pentágonos. Mas as observações estavam corretas e os assim chamados quasicristais acabaram por se impor, graças também aos esforços teóricos do matemático inglês Roger Penrose (que poderia ter partilhado o Prémio, embora fosse estranho dar o Nobel da Química a um físico e a um matemático).

Acima um belo pavimento de Penrose, que tem simetria rotacional local, mas que não é exatamente periódico, como são os cristais. No início grande químicos, como Linus Pauling, opuseram-se à ideia dos quase cristais. Mas os fatos impuseram-se.

“É como os fascinantes mosaicos do mundo árabe reproduzidos ao nível dos átomos: uma forma regular que não se repete nunca”.

A união dos átomos nos quasicristais é muito ajustada e, por isso, são utilizados para reforçar materiais e com fins comerciais, como nas máquinas como os motores diesel submetidos a altas temperaturas e pressões.

Até a descoberta, os cientistas acreditavam que em um sólido, os átomos se uniam seguindo um padrão simétrico que poderia ser repetido de forma periódica para formar um cristal.

A imagem que apareceu no microscópio eletrônico do professor Schechtman era tão incrível que ele enfrentou por algum tempo a rejeição da comunidade científica, lembrou o comitê Nobel.

“A descoberta era considerada muito controversa, era tão impossível quanto fabricar uma bola graças apenas a pedaços hexagonais quando também são necessários pentágonos”, afirma a nota do comitê.

Cristais e Quasicristais

Os cristais são formados por estruturas atômicas padronizadas, que se repetem ao infinito. Nos quasicristais, essa estrutura é aperiódica, como os cristais vislumbrados por Erwin Schrodinger, em sua famosa tentativa de explicar o que é a vida.

Os mosaicos aperiódicos descobertos por Shechtman nos então “impossíveis” quasicristais são regulares – eles seguem as regras matemáticas – mas nunca se repetem.

Eles seguem a chamada proporção áurea, ou proporção divina, usada na arte e presente em muitos outros lugares na natureza, como nas conchas dos moluscos, nas colmeias das abelhas e no ser humano.

“Os mosaicos aperiódicos como os encontrados no palácio de Alhambra na Espanha e no santuário de Darb i Imam no Irã ajudaram os cientistas a entender com o que se pareciam os quasicristais a nível atômico”

Os quasicristais já têm várias aplicações tecnológicas, incluindo novas formas de sinterização do aço, que o tornam extremamente duro, e peças que dispensam a lubrificação.

Quasicristais

Engenheiros de materiais da Universidade de Duke, Estados Unidos, desenvolveram um novo modelo de liga metálica “quasicristalina” que poderá permitir a construção de uma nova geração de equipamentos e peças virtualmente livres de fricção.

Quasicristais, da mesma forma que os cristais normais, consistem de átomos que se combinam para formar estruturas geométricas – triângulos, retângulos, pentágonos etc. – que se repetem em um padrão. Mas, ao contrário do que acontece nos seus “parentes normais”, o padrão dos quasicristais não se repete a intervalos regulares.

É por isto que os quasicristais se tornam interessantes quando o assunto é a diminuição do atrito. Enquanto os padrões atômicos de duas superfícies cristalinas, atritando-se uma contra a outra, podem se alinhar, causando fricção, isto não acontece nos materiais quasicristalinos. Dois materiais quasicristalinos poderão esfregar-se um contra o outro com um atrito quase desprezível.

Ligas metálicas quasicristalinas

Ligas metálicas quasicristalinas já são usadas em grande número de aplicações industriais, inclusive nas conhecidas panelas anti-aderentes, porque elas combinam as propriedades de resistência à abrasão e ao calor das resinas antiaderentes, com a condutividade térmica própria dos metais.

Entretanto, ainda há um obstáculo importante impedindo o uso de quasicristais na construção de superfícies que devam deslizar uma contra a outra: a existência de contaminantes superficiais microscópicos, como os gases atmosféricos, que entram entre as superfícies e interferem com sua “lubricidade” característica.

Os gases formam uma finíssima camada de moléculas sobre a superfície da liga, formando um padrão cristalino, anulando as vantagens dos quasicristais.

Baixo atrito

O que os cientistas fizeram agora foi justamente modelar essa ação das moléculas de gases. A pesquisa, que será publicada no próximo exemplar do periódico Physical Review Letters, mostra como preservar a estrutura superficial de baixo atrito de um quasicristal na presença de um gás.

Experiências anteriores haviam mostrado que átomos do gás xenônio somente assumirão uma estrutura do tipo cristalina se mais do que uma camada se formar sobre a liga quasicristalina. A quantidade de camadas formadas é determinada pela temperatura e pela pressão. Os pesquisadores escolheram o xenônio porque esse gás praticamente não reage com os metais das ligas, o que facilita a geração de um modelo genérico, sem outras complicações de reações indesejadas.

A nova simulação agora desenvolvida mostra exatamente como se dá essa formação de várias camadas e como elas interagem com a liga quasicristalina.

Utilizando o novo programa, os cientistas esperam agora ampliar seu entendimento sobre a manutenção das propriedades de baixo atrito dos quasicristais.

Para alcançar aplicações práticas, eles poderão analisar o comportamento do modelo quando os gases presentes foram os “mais complicados” e reativos gases presentes na atmosfera.

Um aço inoxidável nanoestruturado, fabricado graças ao conhecimento dos quasicristais, está sendo usado para fabricação de uma cadeira de rodas radical.

É interessante que a tenacidade e a capacidade de superar obstáculos de Shechtman estejam se traduzindo em aplicações de aumento de resistência dos metais e redução dos seus pontos de atrito.

Fontes: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=quasicristais-nobel-quimica&id=010175111005

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010170050922&id=010170050922

http://dererummundi.blogspot.com/2011/10/premio-nobel-da-quimica-para-um-fisico.html

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2011/press.html

Deixe uma resposta

Faça o login usando um destes métodos para comentar:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s