O vidro – seja usado para isolar nossas casas ou como telas de nossos computadores e smartphones – é um material fundamental. No entanto, apesar da sua longa utilização ao longo da história humana, a estrutura desordenada da sua configuração atómica ainda confunde os cientistas, tornando a compreensão e o controlo da sua natureza estrutural um desafio. Também torna difícil projetar materiais funcionais eficientes feitos de vidro.



Para descobrir mais sobre a regularidade estrutural oculta nos materiais vítreos, um grupo de pesquisa concentrou-se nas formas dos anéis nas redes de vidro quimicamente ligadas. O grupo, que incluía o professor Motoki Shiga, do Centro de Análise de Dados em escala sem precedentes da Universidade de Tohoku, criou novas maneiras de quantificar a estrutura tridimensional e as simetrias estruturais dos anéis:"redondeza" e "rugosidade".

O uso desses indicadores permitiu ao grupo determinar o número exato de formatos de anéis representativos em sílica cristalina e vítrea (SiO₂ ), encontrando uma mistura de anéis exclusivos do vidro e outros que se assemelhavam aos anéis dos cristais.

Além disso, os pesquisadores desenvolveram uma técnica para medir as densidades atômicas espaciais em torno dos anéis, determinando a direção de cada anel. O estudo foi publicado na revista Communications Materials .

Eles revelaram que existe anisotropia ao redor do anel, ou seja, que a regulação da configuração atômica não é uniforme em todas as direções, e que o ordenamento estrutural relacionado à anisotropia originada no anel é consistente com evidências experimentais, como os dados de difração de SiO₂ . Também foi revelado que havia áreas específicas onde o arranjo atômico seguia algum grau de ordem ou regularidade, embora parecesse ser um arranjo discordante e caótico de átomos na sílica vítrea.

“A unidade estrutural e a ordem estrutural para além da ligação química já eram assumidas há muito tempo através de observações experimentais, mas a sua identificação tem escapado aos cientistas até agora”, diz Shiga. "Além disso, nossa análise bem-sucedida contribui para a compreensão das transições de fase, como vitrificação e cristalização de materiais, e fornece as descrições matemáticas necessárias para controlar as estruturas e propriedades dos materiais."

Olhando para o futuro, Shiga e seus colegas usarão essas técnicas para criar procedimentos para explorar materiais de vidro, procedimentos baseados em abordagens baseadas em dados, como aprendizado de máquina e IA.

Mais informações: Motoki Shiga et al, Anisotropia originada em anel de ordenação estrutural local em dióxido de silício amorfo e cristalino, Materiais de Comunicação (2023). DOI:10.1038/s43246-023-00416-w
Fornecido pela Universidade Tohoku