Aparentemente distintos, o diamante, o sal de cozinha e o gelo têm algo em comum: a constituição cristalina. Os cristais existem na natureza em abundância, sendo encontrados na maioria das rochas e minerais, mas também vêm sendo utilizados pela indústria devido às suas propriedades únicas e versatilidade de aplicações. Por isso, cada vez mais a ciência vem tentando entender sua caracterização para sintetizar e controlar suas propriedades em busca de eficiência e redução de custos. Este foi o enfoque de uma pesquisa publicada na Revista ACS Ômega.
Cristais de Tutton são compostos cristalinos formados pela combinação de dois sais diferentes. No registro, cristal criado a partir da fórmula química K2Ni(SO4)2.6H2O (Imagem: Tiago Pacheco)
O artigo Synthesis, Thermal Analysis, Spectroscopic Properties, and Degradation Process of Tutton Salts Doped with AgNO3 or H3BO3 trata especificamente dos cristais de Tutton, que são compostos cristalinos formados pela combinação de dois sais diferentes com uma estrutura cristalina tetraédrica. Constituídos por elementos químicos como cálcio, zinco, manganês e oxigênio, algumas das principais aplicações são relacionadas à área de tecnologia, como sensores magnéticos e sistemas de detecção de aproximação de mísseis em aeronaves militares.
Conforme explica um dos autores desta publicação, Tiago Pacheco, o principal objetivo era entender a temperatura de degradação dos cristais, que seria um fator limitante para a aplicação. Para isso, eles realizaram testes por meio de uma metodologia intitulada dopagem, que consiste em “basicamente inserir impurezas na rede cristalina e verificar se as suas propriedades são melhoradas ou pioradas”.
“Eu trabalho com esses materiais desde o mestrado que fiz na UFOP. Esses dopantes entram na estrutura cristalina e fortalecem as ligações e interações entre seus componentes e isso faz com que a temperatura de degradação seja elevada. O detalhamento das reações pode ser feito graças ao equipamento que mede a massa da amostra em função do aumento da temperatura e, com isso, conseguimos relacionar à perda de massa da amostra com os componentes que são liberados durante a queima”, detalha sobre o TG 449 F3 Jupiter, que possibilita a medição simultânea de análise térmica diferencial (DTA) e calorimetria exploratória de varredura (DSC).
Zélia Ludwig orientou a pesquisa de doutorado de Tiago Pacheco no PPG em Física (Foto: Arquivo pessoal)
Com isso, os pesquisadores conseguiram confirmar a presença dos dopantes pelas espectroscopias Raman e infravermelhos, identificando os modos normais de vibração das moléculas correspondentes aos dopantes. “Outro resultado importante e pouco relatado na literatura conhecida foram as análises que fizemos com os resíduos dos materiais após a degradação, onde novamente com medidas Raman conseguimos confirmar a presença de moléculas provenientes dos dopantes.”
Novas oportunidades
Para a orientadora do estudo, a professora do Departamento de Física Zélia Ludwig, essa foi uma pesquisa pioneira no grupo que ampliou a atuação na linha Síntese e Caracterização de Cristais Nanoestruturados para aplicações em ótica, fotônica e células fotovoltaicas. “Esse trabalho abriu novas possibilidades, já que antes a equipe trabalhava apenas com vidros. O Tiago foi bolsista da Capes, o que mostra a importância dessas bolsas de fomento à pesquisa para a Universidade e para o estado de Minas Gerais”, afirma.
Como o estudo exigia diferentes técnicas de caracterização, foi firmada parceria com outras instituições que realizam técnicas não disponíveis na UFJF, como o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) e o Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN). Os cientistas colaboradores auxiliaram na realização das medidas e na interpretação dos dados obtidos.
Para aprofundar a pesquisa, Tiago Pacheco que terminou o doutorado em Física (Programa de Pós-Graduação em Física) em 2021 deve retornar ao programa como bolsista de pós-doutorado.
Sobre a ACS Ômega
A Revista ACS Ômega, da Sociedade Americana de Química, é um periódico global de acesso aberto para artigos científicos que descrevem novas descobertas em Química e áreas de interface da ciência. Além do setor acadêmico tradicional, os trabalhos publicados na revista estão disponíveis para um público muito mais amplo, que inclui a indústria, instituições políticas, a mídia e o público em geral.
Pesquisa está alinhada aos ODS da ONU
As ações de pesquisa da UFJF estão alinhadas aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da Agenda 2030 da Organização das Nações Unidas (ONU). O projeto de pesquisa citado nesta matéria se alinha aos ODS 9 (Indústria, inovação e infraestrutura) e 17 (Parcerias e meios de implementação).
Confira a lista completa no site da ONU.