Embora os cristais tenham sido estudados por séculos e sejam onipresentes na vida diária, eles estão em nossos ossos, os alimentos que comemos e as baterias que usamos - os cientistas ainda não entendem completamente como os cristais crescem ou como fabricá-los com eficiência. Como resultado, esforços científicos para melhorar uma ampla gama de materiais cristalinos, de biomateriais de autocura a painéis solares, foram limitados.

Pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago desvendaram parte desse mistério. Ao usar simulações baseadas em computador para analisar como os átomos e moléculas se movem em uma solução, a equipe UIC identificou um mecanismo geral que rege o crescimento do cristal que os cientistas podem manipular ao desenvolver novos materiais.

Especificamente, eles descobriram que quando as moléculas formadoras de cristais são rodeadas por um solvente, como água, as moléculas do solvente formam um escudo que chamam de concha de solvatação. Quando este escudo flutua, as moléculas podem se libertar para formar cristais. Eles também mostraram essa temperatura, o tipo de solvente e o número de moléculas de solvente afetam a flutuação da casca.

Suas descobertas são relatadas no jornal Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Pela primeira vez, mostramos o que acontece quando uma molécula deixa um solvente para formar um cristal, "disse Meenesh Singh, autor sênior e professor assistente de engenharia química na UIC College of Engineering. "Nas condições certas, o escudo 'dança' e permite que as moléculas se libertem e se integrem à superfície do cristal. As flutuações na camada de solvatação são eventos moleculares importantes que explicam como os cristais se formam - o conhecimento desse mecanismo está ausente desde o início da pesquisa de cristalização. "

Singh disse que a compreensão desse mecanismo proporcionará aos cientistas uma maior capacidade de direcionar as moléculas para formar cristais para estruturas específicas, forma e tamanho. "Isso nos permitirá fazer melhores materiais para uma ampla classe de produtos usados ​​na vida diária, " ele disse.

Alguns exemplos, ele disse, são implantes ósseos para promover a biomineralização, melhores sistemas de entrega de drogas, baterias de lítio mais estáveis, e semicondutores e produtos químicos agrícolas aprimorados.

"O conhecimento molecular obtido com este estudo também ajudará a economizar dinheiro em várias indústrias químicas, reduzindo a necessidade de técnicas de acerto ou erro em milhares de testes, "disse o estudante de graduação da UIC, Anish Dighe, co-autor do artigo. "Com a ajuda deste estudo, agora podemos projetar sistemas que podem cristalizar a molécula de soluto desejada sem tantos testes. "