Pesquisadores da Universidade de Chicago descobriram como fazer uma substância que pode ser usada como plástico, mas conduz eletricidade mais como metal.
O estudo, publicado em 26 de outubro na Nature, descreve como criar um tipo de material com fragmentos moleculares desorganizados e desorganizados, mas com excelente condutividade elétrica.
Isso desafia todas as normas de condutividade que conhecemos; para um físico, é comparável a testemunhar um carro viajando a 110 kph enquanto viaja na água. A descoberta, no entanto, também pode ser bastante benéfica porque, para inventar algo revolucionário, muitas vezes é necessário primeiro identificar um material totalmente novo. Informações do portal science daily.
“Em princípio, isso permitiria o projeto de uma classe totalmente nova de materiais que conduzem eletricidade, são fáceis de moldar e são muito robustos em condições do mundo real”, disse o autor sênior do estudo. “Essencialmente, sugere novas possibilidades para um grupo técnico muito importante de materiais”, disse o primeiro autor do artigo, Jiaze Xie, PhD’22, agora na Universidade de Princeton.
“Não há uma teoria sólida para explicar isso”
Materiais condutores são essenciais na fabricação de todos os tipos de dispositivos eletrônicos, como iPhones, painéis solares e televisores. De longe o maior e mais antigo grupo de condutores são os metais: cobre, ouro e alumínio. Então, cerca de 50 anos atrás, os cientistas conseguiram criar condutores a partir de materiais orgânicos usando um processo químico conhecido como “doping”. Nesse processo, vários átomos ou elétrons foram espalhados pelo material. Isso é benéfico porque esses materiais são mais flexíveis e fáceis de trabalhar do que os metais tradicionais, mas o problema é que eles não são muito fortes. A exposição à umidade ou temperatura excessiva pode causar perda de condutividade.
Mas basicamente, esses dois condutores metálicos orgânicos e convencionais têm uma propriedade em comum. Eles consistem em linhas retas e compactas de átomos ou moléculas. Isso significa que os elétrons podem passar facilmente pelo material, como um carro em uma estrada. De fato, os cientistas acreditavam que um material deve ter essas linhas retas e regulares para conduzir eletricidade de forma eficiente.
Xie então começou a experimentar algumas substâncias que haviam sido descobertas há muitos anos, mas amplamente ignoradas. Ele começou a testar passando átomos de níquel semelhantes a contas através de uma série de contas moleculares de carbono e enxofre.
Para espanto do cientista, o material conduzia eletricidade de forma fácil e poderosa. Também foi muito estável. “Nós o aquecemos, deixamos esfriar, o expusemos ao ar e à umidade, deixamos cair o ácido e a base e nada aconteceu”, disse Xie. Isso é muito útil para dispositivos que precisam funcionar no mundo real.
Mas o que mais surpreendeu os cientistas foi a desordem na estrutura molecular da matéria. “De uma perspectiva fundamental, não deveria ser metal”, disse Anderson. “Não há teoria sólida para explicar isso.”
Xie, Anderson e seu laboratório trabalharam com outros cientistas da universidade para entender como os materiais podem conduzir eletricidade. Após testes, simulações e estudos teóricos, eles acreditam que o material forma camadas como folhas de lasanha. Mesmo que as folhas sejam viradas de lado e não formem mais uma pilha organizada de lasanha, os elétrons ainda podem se mover horizontalmente ou verticalmente enquanto as peças estiverem em contato.
O resultado final é sem precedentes para materiais condutores. “É quase como uma massinha condutora. Você a coloca no lugar e ela conduz eletricidade”, diz Anderson.
Os cientistas estão animados porque a descoberta sugere princípios de design fundamentalmente novos para a tecnologia eletrônica. Os condutores são tão importantes, eles explicaram, que quase todos os novos desenvolvimentos abrem novos caminhos para a tecnologia.
Uma das propriedades atrativas deste material são suas novas possibilidades de processamento. Por exemplo, o metal geralmente precisa ser derretido e moldado em uma forma adequada para um chip ou dispositivo. Isso limita a fabricação, pois outros componentes do dispositivo devem suportar o calor necessário para processar esses materiais.
Os novos materiais podem ser fabricados à temperatura ambiente, pelo que não estão sujeitos a tais limitações. Também pode ser usado quando um dispositivo ou parte de um dispositivo deve suportar calor, ácido, álcali ou umidade, o que anteriormente limitava a capacidade de um engenheiro de desenvolver novas tecnologias.
A equipe também está investigando as diferentes formas e funções que os materiais podem ter. “Acreditamos que podemos torná-lo bidimensional, tridimensional, poroso e introduzir outros recursos adicionando vários links e nós”, disse Xie.
