p Poucos compostos são tão importantes para a indústria e a medicina hoje quanto o dióxido de titânio. Apesar da variedade e popularidade de seus aplicativos, muitos problemas relacionados à estrutura da superfície dos materiais feitos deste composto e os processos que ocorrem nele permanecem obscuros. Alguns desses segredos acabam de ser revelados a cientistas do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências. Foi a primeira vez que eles usaram o síncrotron SOLARIS em suas pesquisas. p É encontrado em muitas reações químicas como um catalisador, como um pigmento em plásticos, tintas ou cosméticos e em implantes médicos garante sua alta biocompatibilidade. Dióxido de titânio (TiO ₂ ) é praticamente onipresente hoje, o que não significa que todas as suas propriedades já sejam conhecidas pela humanidade. Um grupo de cientistas do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia, liderado pelo Dr. Jakub Szlachetko, trabalhando no síncrotron Solaris, conseguiu lançar alguma luz sobre os detalhes dos processos de oxidação das camadas externas das amostras de titânio e as mudanças relacionadas na estrutura eletrônica do material. A pesquisa com dióxido de titânio inaugurou a presença de cientistas do IFJ PAN nos programas de pesquisa realizados no síncrotron SOLARIS. O dispositivo, operando como parte do Centro Nacional de Radiação Síncrotron, está situado na Cracóvia, no campus do 600º aniversário da Universidade Jagiellonian.

p A radiação síncrotron foi descoberta em 1947, quando a General Electric lançou um acelerador que curvava o caminho dos elétrons acelerados com o uso de ímãs. As partículas então começariam a emitir luz aleatoriamente, então eles perderam energia - ao passo que deveriam ganhá-la! A radiação síncrotron foi, portanto, considerada um efeito indesejável. Somente graças às sucessivas gerações de fontes de radiação síncrotron, os feixes de luz com maior intensidade e melhor qualidade da luz emitida foram alcançados, incluindo alta repetibilidade de pulsos com praticamente sempre as mesmas características.

p O síncrotron SOLARIS, o maior e mais moderno dispositivo desse tipo na Europa Central, consiste em duas partes principais. O primeiro é um acelerador de elétrons linear de 40 m de comprimento. As partículas ganham energias de 600 megaeletronvolts aqui, após o que eles alcançam a segunda parte do aparelho - o interior de um anel de acumulação com uma circunferência de 96 m, onde ímãs curvos, wigglers e onduladores são colocados em seu caminho. Estes são conjuntos de ímãs orientados alternadamente, dentro do qual a forma do caminho do elétron começa a se assemelhar a uma sinusóide. É então que os elétrons "oscilantes" emitem radiação síncrotron, direcionado para as estações finais apropriadas com equipamento de medição. As ondas eletromagnéticas produzidas pelo SOLARIS são classificadas como raios X suaves.

p As características únicas da radiação síncrotron têm muitas aplicações:auxiliam no desenvolvimento de novos materiais, acompanhar o curso das reações químicas e possibilitar a realização de experimentos úteis para o desenvolvimento da nanotecnologia, microbiologia, Medicina, farmacologia e muitos outros campos da ciência e tecnologia.

p "A pesquisa sobre o síncrotron SOLARIS abre possibilidades totalmente novas, portanto, não é de se admirar que muitos grupos de pesquisa da Polônia e de todo o mundo se inscrevam para o tempo de luz aqui. Embora nosso Instituto - assim como o síncrotron SOLARIS - esteja localizado em Cracóvia, como todos nós competimos em termos de qualidade de pesquisa para o tempo de feixe na estação de medição apropriada, "diz o Prof. Wojciech M. Kwiatek, chefe da Divisão de Pesquisa Interdisciplinar do IFJ PAN e Presidente da Sociedade Polonesa de Radiação Síncrotron. O Prof. Kwiatek observa que, em uma era de restrições às viagens causadas pelo desenvolvimento da pandemia, a possibilidade de realizar exames físicos avançados praticamente no local é uma grande vantagem.

p Pesquisadores do IFJ PAN conduziram suas medições mais recentes, cofinanciado pelo Centro Nacional de Ciência da Polônia, na estação experimental XAS. Ele registra como os raios X são absorvidos pelas camadas superficiais de amostras de titânio previamente produzidas no Instituto sob condições cuidadosamente controladas.

p “Focamos nas observações das mudanças na estrutura eletrônica das camadas superficiais das amostras em função das mudanças de temperatura e do andamento do processo de oxidação. Para tanto, aquecemos discos de titânio em diferentes temperaturas e ambientes. Depois de ser transportado para a estação experimental síncrotron, as amostras foram iluminadas com radiação síncrotron, ou seja, raios-X. Uma vez que as propriedades da radiação síncrotron são bem conhecidas, fomos capazes de usá-lo para determinar com precisão a estrutura dos estados eletrônicos desocupados dos átomos de titânio e, com base nisso, tirar conclusões sobre as mudanças na estrutura do material, "diz a estudante de doutorado Klaudia Wojtaszek (IFJ PAN), o primeiro autor do artigo publicado no Journal of Physical Chemistry A.

p O dióxido de titânio ocorre em três formas polimórficas, caracterizada por diferentes estruturas cristalográficas. O mais popular é o rutilo, um mineral comum em muitas rochas (as outras variedades são anatásio e brookita). A pesquisa no síncrotron SOLARIS permitiu aos físicos da Cracóvia recriar com precisão o processo de formação da fase rutilo. Descobriu-se que ele é formado em temperaturas mais baixas do que se pensava anteriormente.

p “Nossa pesquisa fornece conhecimentos fundamentais sobre a estrutura do material. Porém, esta estrutura está intimamente relacionada com as propriedades físico-químicas da superfície do dióxido de titânio. Potencialmente, nossos resultados podem, portanto, ser usados, por exemplo, para otimizar as características de superfície de implantes médicos, "conclui a Dra. Anna Wach, que foi o responsável pela condução do experimento no síncrotron SOLARIS.