O termo liga geralmente se refere a uma mistura de vários metais. Contudo, outros materiais também podem ser ligados. Na indústria de semicondutores, por exemplo, ligas de óxido e nitreto têm sido usadas com sucesso para ajustar as propriedades funcionais do material. Usualmente, essas mudanças ocorrem gradualmente e as propriedades dos materiais de base ainda são fáceis de reconhecer.

Contudo, se compostos com estruturas cristalinas incomparáveis ​​forem misturados, "ligas heteroestruturais" são formadas. Nessas ligas, as mudanças na estrutura dependem da proporção de mistura dos componentes. As vezes, isso produz propriedades surpreendentes que diferem notavelmente daquelas dos materiais de base. É nessas ligas de óxido que o pesquisador da Empa Sebastian Siol está interessado. Ele não quer apenas descobri-las, mas torná-los utilizáveis ​​para a vida cotidiana. Em sua busca para encontrar o material desejado, ele tem que ficar de olho nas propriedades de vários materiais ao mesmo tempo, como a estrutura, as propriedades eletrônicas - e a estabilidade a longo prazo.

Siol ingressou na Empa no ano passado. Anteriormente, ele conduziu pesquisas no National Renewable Energy Research Laboratory (NREL) em Golden, Colorado, onde deixou uma publicação notável:ligas com "pressão negativa". Junto com seus colegas, ele misturou seleneto de manganês e telureto de manganês usando uma técnica de vapor frio (pulverização catódica de magnetron). Em certas proporções, os materiais básicos se fundiram para formar uma estrutura de cristal que era "desconfortável" para ambos os componentes. Nenhum dos parceiros conseguiu forçar sua estrutura de cristal favorita, que prefere em estado puro, sobre o outro.

O compromisso resultante foi uma nova fase, que normalmente só se formaria na "pressão negativa", ou seja, quando o material está permanentemente exposto à tensão. Esses materiais são extremamente difíceis de produzir em condições normais. Siol e seus colegas do NREL conseguiram superar essa dificuldade. O novo material, agora acessível graças a este método, exibe muitas propriedades úteis. Por exemplo, é piezoelétrico. Em outras palavras, pode ser usado para gerar eletricidade, produzir detectores ou conduzir experimentos de semicondutores, o que não teria sido possível com os materiais de base puros.

Pesquisando sistemas estáveis

Na Empa, Siol trará sua experiência em fazer ligas de óxido "impossíveis" para a mesa. Ele tem como objetivo descobrir misturas de óxidos com uma estrutura variável e, assim, estabilizá-los a tal ponto que se tornem adequados para o uso diário. O Laboratório para tecnologias de união e corrosão liderado por Lars Jeurgens tem muita experiência em aplicações práticas para camadas de óxido estáveis ​​e ligas. O foco inicial é em óxidos mistos feitos de titânio e óxido de tungstênio, que podem ser de interesse para revestimentos de janelas, tecnologia de semicondutor ou tecnologia de sensor. A colega de Siol, Claudia Cancellieri, pesquisa as propriedades eletrônicas de interfaces de óxidos há vários anos e contribui com sua experiência para o projeto.

"A combinação de materiais é muito emocionante, "explica Siol. Os óxidos de titânio são extremamente estáveis ​​e usados ​​em células solares, tintas de parede e pasta de dente. Óxidos de tungstênio, por outro lado, são comparativamente instáveis ​​e são usados ​​para janelas inteligentes, sensores de gás ou como conversores catalíticos em petroquímica. "No passado, pesquisa muitas vezes focada exclusivamente na otimização das propriedades do material, "diz Siol." É crucial, Contudo, que o material pode ser utilizado por vários anos no respectivo campo de aplicação. "Por exemplo, isso seria importante para revestimentos semicondutores em janelas eletrocrômicas, que devem durar décadas em ambientes agressivos, exposto à luz solar e flutuações de temperatura. Os pesquisadores da Empa buscam essa estabilidade de longo prazo.

Para produzir essas fases de óxido, Siol e seus colegas usam diferentes técnicas escalonáveis ​​industrialmente:oxidação controlada de filmes finos de metal em um forno tubular ou solução eletrolítica, bem como pulverização catódica reativa, onde os metais são oxidados diretamente durante o processo de deposição. Ligas de óxido "impossíveis", objeto de pesquisa fundamental até agora, estão gradualmente se tornando tangíveis para aplicações industriais.