Descobrir uma maneira de aproveitar a recristalização de gelo pode permitir a fabricação de materiais altamente eficientes para uma gama de produtos, incluindo eletrodos porosos para baterias e filmes transparentes condutores usados ​​para fabricar telas sensíveis ao toque e eletrônicos vestíveis.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Nebraska-Lincoln e da Academia Chinesa de Ciências publicou descobertas sobre a dinâmica e manipulação da recristalização de gelo na edição de 2 de maio de Nature Communications .

A recristalização de gelo é um processo onipresente na natureza. Envolve o cultivo de grandes cristais de gelo em detrimento dos pequenos, levando a um aumento no tamanho médio do cristal e uma diminuição no número total de cristais.

Um grupo de pesquisa experimental na instituição chinesa colaborou estreitamente com Xiao Cheng Zeng, Professor da Universidade de Química do Chanceler, e pesquisadores de materiais do Nebraska que investigam as propriedades da água e do gelo de uma perspectiva computacional.

O grupo chinês agora está usando gelo recristalizado como modelo para sintetizar materiais bidimensionais e tridimensionais com diferentes tamanhos de poros. Junto com seus colegas de Nebraska, a equipe aprendeu que os íons, que são moléculas eletricamente carregadas, pode ser usado para fabricar novas estruturas bidimensionais e tridimensionais em uma ampla variedade de outros materiais hospedeiros. Esses materiais hospedeiros tecnologicamente importantes são adequados para eletrônica orgânica, catálise e bioengenharia.

"O tamanho dos poros de materiais porosos bidimensionais e tridimensionais produzidos com nosso método pode ser facilmente ajustado, o que é crítico para aplicações práticas, "disse o líder do projeto Jianjun Wang, professor do Instituto de Química da Academia Chinesa de Ciências.

"A equipe experimental-teórica nos permite resolver o problema lindamente, porque sempre que prevemos algo, eles podem testá-lo, "Zeng disse." Então eles podem alimentar alguns dos novos dados experimentais, permitindo-nos reconsiderar nossa abordagem de modelagem. "

A pesquisa de recristalização específica de íons de Wang deriva do projeto de criopreservação de células de seu grupo. Um dos principais motivos para a morte celular durante a criopreservação é que grandes cristais de gelo crescem às custas de pequenos durante a recristalização.

Durante um experimento, um dos alunos de Wang descobriu um efeito surpreendente por acaso. A adição de cloreto de sódio ou solução salina tampão de fosfato produziu um efeito profundo, mas anteriormente inexplorado, no tamanho do gelo recristalizado.

Em outros experimentos, A equipe de Wang congelou rapidamente água pura e três soluções salinas, em seguida, permitiu que esfriassem em temperaturas mais altas. Eles descobriram que os íons de flúor de sódio produziam os menores cristais de gelo. O bromo de sódio produziu cristais maiores. Aqueles com iodo de sódio produziram os maiores cristais, que superou até mesmo aqueles produzidos a partir de água pura.

A equipe de Nebraska conduziu simulações de dinâmica molecular no Holland Computing Center e no Nebraska Cluster for Computational Chemistry para entender melhor como o flúor, Os íons iodo e bromo afetam a recristalização do gelo.

"O que descobrimos é que o flúor não fica preso dentro do gelo, enquanto o iodo permite que isso aconteça, e até certo ponto o bromo também permite que isso aconteça, "Zeng disse." Você pode usar íons para controlar o gelo. "

Os pesquisadores descobriram que podiam ajustar o tamanho do grão de gelo de aproximadamente 27 mícrons - quase metade do tamanho de um cabelo humano - para 277 mícrons.