p Uma descoberta não planejada pode levar a futuras descobertas importantes em baterias, células de combustível, dispositivos para converter calor em eletricidade e muito mais. p Os cientistas normalmente conduzem suas pesquisas selecionando cuidadosamente um problema de pesquisa, conceber um plano apropriado para resolvê-lo e executar esse plano. Mas descobertas não planejadas podem acontecer ao longo do caminho.

p Mercouri Kanatzidis, professor da Northwestern University com uma nomeação conjunta no Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), estava procurando por um novo supercondutor com comportamento não convencional quando fez uma descoberta inesperada. Era um material com apenas quatro átomos de espessura e permite estudar o movimento de partículas carregadas em apenas duas dimensões. Esses estudos podem estimular a invenção de novos materiais para uma variedade de dispositivos de conversão de energia.

p "Nossos resultados de análise revelaram que, antes desta transição, os íons de prata foram fixados no espaço confinado dentro das duas dimensões do nosso material, mas depois dessa transição, eles balançaram ao redor, "diz Mercouri Kanatzidis, compromisso conjunto com Argonne e Northwestern University

p O material alvo de Kanatzidis era uma combinação de prata, potássio e selênio (α-KAg ₃ Se ₂ ) em uma estrutura de quatro camadas, como um bolo de casamento. Esses materiais 2D têm comprimento e largura, mas quase nenhuma espessura com apenas quatro átomos de altura.

p Os materiais supercondutores perdem toda a resistência ao movimento dos elétrons quando resfriados a temperaturas muito baixas. "Para minha grande decepção, este material não era um supercondutor, e não poderíamos torná-lo um, "disse Kanatzidis, que é um cientista sênior na Divisão de Ciência de Materiais da Argonne (MSD). "Mas, para minha surpresa, acabou sendo um exemplo fantástico de condutor superiônico. "

p Em condutores superiônicos, os íons carregados em um material sólido vagam quase tão livremente quanto os eletrólitos líquidos encontrados nas baterias. Isso resulta em um sólido com condutividade iônica excepcionalmente alta, uma medida da capacidade de conduzir eletricidade. Com esta alta condutividade iônica vem baixa condutividade térmica, o que significa que o calor não passa facilmente. Ambas as propriedades tornam os condutores superiônicos supermateriais para armazenamento de energia e dispositivos de conversão.

p A primeira pista da equipe de que havia descoberto um material com propriedades especiais foi quando o aqueceu entre 450 e 600 graus Fahrenheit. Ele fez a transição para uma estrutura em camadas mais simétrica. A equipe também descobriu que essa transição era reversível quando eles baixaram a temperatura, em seguida, aumentou-o novamente para a zona de alta temperatura.

p "Nossos resultados de análise revelaram que, antes desta transição, os íons de prata foram fixados no espaço confinado dentro das duas dimensões do nosso material, "disse Kanatzidis." Mas após esta transição, eles se mexiam. "Embora muito se saiba sobre como os íons se movem em três dimensões, muito pouco se sabe sobre como o fazem em apenas duas dimensões.

p Os cientistas vêm procurando há algum tempo para encontrar um material exemplar para investigar o movimento de íons em materiais 2D. Este material em camadas de potássio-prata-selênio parece ser um. A equipe mediu como os íons se difundiram neste sólido e descobriu que era equivalente ao de um eletrólito de água fortemente salgada, um dos condutores iônicos mais rápidos conhecidos.

p Embora seja muito cedo para dizer se este material superiônico em particular pode ter aplicação prática, ele poderia servir imediatamente como uma plataforma crucial para projetar outros materiais 2D com alta condutividade iônica e baixa condutividade térmica.

p "Essas propriedades são muito importantes para quem projeta novos eletrólitos sólidos bidimensionais para baterias e células de combustível, "disse Duck Young Chung, cientista de materiais principal em MSD.

p Estudos com este material superiônico também podem ser instrumentais para o projeto de novas termelétricas que convertem calor em eletricidade em usinas de energia, processos industriais e até gases de escape de emissões automotivas. E esses estudos poderiam ser usados ​​para projetar membranas para limpeza ambiental e dessalinização da água.

p Esta pesquisa apareceu em um Materiais da Natureza .