Líquido vira sólido sob ação de um campo elétrico

Redação do Site Inovação Tecnológica – 29/11/2011

Líquido vira sólido sob ação de um campo elétrico

A formamida é um material formado por pequenas moléculas polares, cada uma caracterizada por um momento dipolo que é mais do que o dobro daquele das moléculas de água. [Imagem: Uzi Landman]

Eletrocristalização

Gotas de determinados materiais em estado líquido podem se solidificar quando postos sob a ação de um campo elétrico forte o suficiente.

Essa mudança de fase induzida por um campo elétrico, com possibilidade de inúmeras aplicações tecnológicas, foi batizada de eletrocristalização.

“Nós mostramos que, com um campo elétrico forte o suficiente, nós podemos induzir uma mudança de fase sem alterar os parâmetros termodinâmicos,” explica Uzi Landman, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos, que liderou o grupo que fez a descoberta.

As mudanças de fase – entre estados sólido, líquido e gasoso – normalmente são induzidas por alterações na temperatura ou na pressão. Esta é a primeira vez que se demonstra que um material pode passar de líquido para sólido sem variação desses parâmetros.

Solidificação elétrica

Os pesquisadores estavam estudando um fenômeno descrito em 1964 por Geoffrey Ingram Taylor, que descreveu como os raios alteram o formato das gotículas de chuva.

Em suas simulações em computador, Landman e seus colegas substituíram as gotas de água por gotas de formamida, um material formado por pequenas moléculas polares, cada uma caracterizada por um momento dipolo que é mais do que o dobro daquele das moléculas de água.

Cada gota de formamida tem cerca de 10 nanômetros de diâmetro.

Tudo começou a ficar interessante quando o campo elétrico passou de 0,5 Volt por nanômetro (V/nm), necessário para demonstrar que Geoffrey Taylor tinha razão, e que as moléculas passam de um formato circular para um formato alongado, parecido com uma agulha.

“Aqui aconteceu o momento Eureca,” conta Landman. “Quando o campo elétrico foi elevado ainda mais, chegando próximo a um valor de 1,5 V/nm, a agulha de líquido se solidificou.”

Rede atômica

Análises posteriores mostraram que a cristalização é marcada por um rearranjo das moléculas em uma rede atômica espacialmente diferenciada, que otimiza as interações entre as pontas positiva e negativa dos dipolos das moléculas vizinhas.

Quando o campo elétrico aplicado foi gradativamente reduzido, a agulha cristalina se liquefez e, quando o campo chegou a zero, ela retomou o formato esférico.

De medicamentos a foguetes

Além do interesse em termos de pesquisa fundamental, a descoberta poderá levar ao desenvolvimento de materiais que possam ser controlados por campos elétricos, com aplicações nas mais diversas áreas.

Os pesquisadores citam, entre as possibilidades, a nanoencapsulação e o despacho guiado de medicamentos para o interior do corpo humano, a impressão de nanoestruturas, a criação de padrões superficiais para fotônica e plasmônica, e até a propulsão de foguetes por eletrodifusão.

Bibliografia:
Dielectric Nanodroplets: Structure, Stability, Thermodynamics, Shape Transitions and Electrocrystallization in Applied Electric Fields.
William D. Luedtke, Jianping Gao, Uzi Landman
The Journal of Physical Chemistry C
Vol.: 2011: 110901150249036
DOI: 10.1021/jp206673j

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Publicado em 29/11/2011, em Ciência e tecnologia. Adicione o link aos favoritos. Deixe um comentário.

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