Cientistas da Universidade de Southampton, trabalhando com colegas da Universidade de Liverpool, desenvolveram um novo método que tem o potencial de revolucionar a maneira como pesquisamos, projetar e produzir novos materiais.

Os pesquisadores usaram modelagem de computador sofisticada para mapear como as moléculas se juntam e cristalizam para formar novos materiais - cada molécula levando a uma miríade de estruturas possíveis, cada um com diferentes propriedades e possíveis aplicações.

Esta nova abordagem, publicado no jornal Natureza , poderia acelerar a descoberta de materiais para aplicações-chave em energia, controle de poluição, produtos farmacêuticos e uma série de outros campos.

“Quando um engenheiro constrói uma barragem ou um avião, a estrutura é primeiro projetada usando computadores. Isso é extremamente difícil na escala de tamanho de moléculas ou átomos, que muitas vezes se montam de maneiras não intuitivas, "explica Graeme Day, Professor de Modelagem Química na Universidade de Southampton. "É difícil projetar em escala atômica do zero e a taxa de falha na descoberta de novos materiais é alta. À medida que químicos e físicos tentam descobrir novos materiais, muitas vezes nos sentimos como exploradores sem mapas confiáveis. "

Professor Andrew Cooper, Diretor da Fábrica de Inovação de Materiais da Universidade de Liverpool, continua:"Cada molécula tem uma superfície de energia associada, que você pode imaginar como sendo o mapa de uma ilha deserta. Algumas ilhas contêm tesouros na forma de novos materiais úteis, mas a maioria não. Há um número quase ilimitado de moléculas que poderíamos, em princípio, make - este novo método nos diz quais ilhas pesquisar e o que procurar. "

Ao contrário dos engenheiros, os químicos não são realmente livres para fazer qualquer estrutura que desejem:eles estão limitados a descobrir estruturas que correspondem às posições otimizadas dos átomos - conhecidas como mínimos locais - em uma superfície de energia altamente complexa. Esta superfície só pode ser totalmente representada em muitas dimensões, portanto, não pode ser facilmente conceituado.

Contudo, a equipe do Reino Unido combinou métodos que prevêem como as moléculas formarão estruturas cristalinas, com simulações de computador que prevêem as propriedades dessas estruturas. O resultado são mapas codificados por cores relativamente simples que podem ser usados, por pesquisadores sem formação computacional, para localizar os melhores materiais para aplicações específicas. Por exemplo, um pesquisador que tenta criar um material altamente poroso para armazenar um determinado gás pode usar o mapa para identificar as melhores moléculas que otimizam essa propriedade.

Nas simulações destacadas em seu artigo, os pesquisadores aplicaram esta nova abordagem a uma série de moléculas conhecidas e hipotéticas, que levou à descoberta e síntese de materiais com grandes capacidades de armazenamento de metano, que tem ramificações para veículos movidos a gás natural. A pesquisa também levou à síntese do cristal molecular menos denso que já foi criado, mostrando como os métodos computacionais podem ser usados ​​para descobrir propriedades sem precedentes.