Apelidada de “Defiant”, a câmara de ultra-alto vácuo feita sob medida do Grupo Fakhraai (à esquerda) é usada para deposição física de vapor de vidros orgânicos. A imagem à direita é de filmes de vidro estáveis com 180 nm de espessura de N,N'-bis(3-metilfenil)-N,N'-difenilbenzidina, depositados em wafer de silício revestido com polidimetilsiloxano. Crédito:Nathi Magubane Os vidros são materiais onipresentes encontrados em materiais de construção, recipientes de bebidas, eletrônicos leves e telas de telefones celulares. A criação de vidro naturalmente denso e rígido ocorre através de um processo conhecido como envelhecimento. Envolve uma transformação lenta que pode ocorrer ao longo de milénios até centenas de milhões de anos e é marcada pela densificação e enrijecimento gradual de um líquido arrefecido abaixo do seu ponto de fusão.
No entanto, em 2007, pesquisadores descobriram que vidros estáveis também podem ser produzidos pela condensação do material da fase de vapor, usando um processo denominado deposição física de vapor. A deposição de vapor permite que as moléculas que acabaram de chegar à superfície se acumulem melhor, produzindo vidros mais envelhecidos.
Agora, uma equipe de pesquisadores liderada por Zahra Fakhraai, da Escola de Artes e Ciências da Universidade da Pensilvânia, em colaboração com cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven, descobriu um método para acelerar ainda mais esse processo de envelhecimento, redefinindo os princípios fundamentais que guiaram o processo de envelhecimento. formação de vidro estável. Suas descobertas foram publicadas na revista Nature Materials .
“O que descobrimos, de forma bastante paradoxal, é que, ao utilizar um substrato macio e mais flexível durante o nosso processo de deposição de vapor, podemos fazer vidros mais rígidos e mais densos do que os feitos anteriormente”, diz Fakhraai. "Essas descobertas oferecem uma nova maneira de projetar com precisão filmes de vidro e abrir caminho para a fabricação de materiais duráveis com muito mais rapidez."
A descoberta surgiu por acaso quando Peng Luo, pesquisador de pós-doutorado do Grupo Fakhraai, foi incentivado a experimentar substratos macios para deposição de vidro, principalmente como curiosidade, “para ver se substratos mais macios causariam danos ao material”, diz ele. "Mas o que vimos foi um vidro que exibia propriedades como se tivesse envelhecido durante muitos milhões de anos, excedendo em muito o que pode ser visto em métodos que utilizam substratos rígidos tradicionais."
Luo explica que estudos anteriores usaram a taxa de deposição e a temperatura do substrato para controlar a montagem das moléculas de superfície após pousarem no substrato, e que em temperaturas apropriadas, quanto mais lenta a taxa de deposição, mais tempo as moléculas depositadas terão para se ajustar. em direção a uma estrutura mais estável antes de serem soterrados e "congelados" pelas moléculas que chegam.
"É basicamente uma 'automontagem' das moléculas da superfície de uma forma determinada pela sua própria mobilidade a uma determinada temperatura, e não temos muito controle sobre a lentidão com que podemos depositar", diz ele. "Nossa descoberta de que um substrato macio pode tornar o filme de vidro depositado mais denso indica que a elasticidade do substrato pode afetar o processo de montagem das moléculas de superfície e, portanto, isso pode ser usado como uma nova dimensão para controlar a estrutura e as propriedades dos filmes de vidro em uma gama muito maior que não era acessível antes."
Ao implantar substratos macios como o polidimetilsiloxano, a equipe mostrou que é possível acelerar significativamente a formação de vidro estável, criando um material com densidade 2% a 2,5% maior do que os vidros convencionais temperados com líquido e até 1% maior do que qualquer outro. relatou vidro estável.
Luo acrescenta que outra descoberta digna de nota é que a molécula que depositaram tem apenas um nanômetro de comprimento; no entanto, durante a deposição, os processos de equilíbrio superficial podem ser afetados pelo substrato macio ao longo de uma distância considerável, medida em cerca de 200 nanômetros. Esta distância é notável porque excede em muito o que seria esperado com base nas atuais teorias do vidro, apresentando um desafio ao entendimento existente.
“Este efeito pode ser comparado a jogar ao telefone num auditório lotado com 200 pessoas, mas de alguma forma, de forma bastante misteriosa, a mensagem é comunicada perfeitamente, sem interrupções”, diz Fakhraai. "A influência do substrato macio a uma distância tão grande sugere uma forma de comunicação ou interação de longo alcance na superfície, que não é totalmente compreendida e é algo que estamos interessados em explorar em pesquisas futuras."
