p Alguns materiais podem se transformar em múltiplas estruturas de cristal com propriedades muito diferentes. Por exemplo, espremer uma forma macia de carbono produz diamante, uma forma de carbono mais dura e brilhante. O romance "Cat's Cradle", de Kurt Vonnegut, trazia gelo-nove, uma forma fictícia de água com um ponto de derretimento muito mais alto do que o gelo normal que ameaçava congelar irreversivelmente toda a água da Terra. p Esses materiais são chamados de polimorfos, e são comumente feitos pela aplicação de pressão, ou apertando. Os cientistas que buscam novos materiais também gostariam de fazer o oposto - aplicar "pressão negativa" para esticar a estrutura cristalina de um material em uma nova configuração. No passado, esta abordagem parecia exigir pressões negativas que são difíceis, senão impossíveis de alcançar no laboratório, além disso, arriscava-se a separar o material.

p Agora, pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia (NREL) descobriram uma maneira de criar o equivalente à pressão negativa ao misturar dois materiais nas condições certas para fazer uma liga com uma estrutura cristalina mais arejada e totalmente diferente e propriedades únicas .

p As medições de raios-X no Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do DOE confirmaram que foram bem-sucedidas. Sua nova liga tem mais espaço entre seus átomos do que qualquer um de seus materiais originais, como se tivesse sido esticado. Ao contrário de seus pais, o novo material é piezoelétrico - capaz de gerar uma carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. Isso pode ser importante para uso em sensores e atuadores.

p Publicado em Avanços da Ciência , o artigo relatando suas descobertas contém a compreensão teórica e a prova experimental de conceito que mostra como esses novos materiais de baixa densidade podem ser feitos.

p "Criar as condições de pressão negativa em ligas exigiu pensamento contra-intuitivo, e talvez seja por isso que isso não foi apontado antes, "disse Andriy Zakutayev, um cientista do NREL e um dos principais autores do novo artigo.

p "É possível aplicar pressão positiva ao material comprimindo-o, mas é muito difícil descomprimir o material, "ele disse." Pense desta forma:você pode tirar uma bola de neve da neve, mas você não pode transformar uma bola de neve densa em neve fofa. "

p Trabalho pioneiro em materiais incompatíveis

p O experimento se baseia em um trabalho pioneiro liderado pelo NREL na mistura de compostos com estruturas atômicas que não combinavam.

p Tão certo quanto a água flui morro abaixo, uma reação química seguirá o caminho de menor resistência, procedendo de forma que consuma o mínimo de energia. Misturar dois materiais com estruturas de alta densidade consome muita energia; mas se você pudesse empurrar a reação na direção de criar um produto final de baixa densidade cujos átomos estavam mais distantes, exigiria muito menos energia, os pesquisadores teorizaram. Seria o equivalente a fazer um material sob pressão negativa.

p Eles testaram essa hipótese misturando formas de alta densidade de seleneto de manganês e telureto de manganês que têm diferentes estruturas de cristal - uma semelhante ao sal-gema, a outra, a níquelina mineral. Para combinar os dois, eles usaram uma técnica chamada sputtering em que finos sprays de átomos foram liberados das superfícies de ambos os materiais de partida e depositados como um filme fino em uma superfície quente, onde a nova liga cristalizou e cresceu, disse a cientista associada ao SLAC, Laura Schelhas. Ela conduziu medições de raios-X da nova liga no Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) com o cientista Kevin Stone. A liga, acabou, tinha a estrutura cristalina de outro mineral, wurtzite.

p "Você pode usar essa abordagem de liga para fazer diferentes, materiais nunca antes vistos com propriedades interessantes, "Disse Schelhas." Por exemplo, este se torna piezoelétrico:quando você aplica uma voltagem através do material, ela realmente se estica e fica maior. E o oposto também acontece:se você insistir, ele produz uma carga elétrica. Esses materiais piezoelétricos são usados ​​em muitos lugares - incluindo alguns airbags, onde a pressão de ser atingido em uma colisão cria um pouco de carga elétrica que dispara o airbag - e o material criado aqui era inteiramente novo. "

p Aaron Holder, pesquisador do NREL e professor assistente da University of Colorado Boulder, disse, "As propriedades desta nova liga podem levar ao seu uso como camada de contato para células solares, ou para futura memória magnética, transistores de filme fino, ou dispositivos termoelétricos. Mas como o fizemos é ainda mais promissor:encontrar novas rotas para sintetizar materiais que a natureza não pode fazer catalisaria o progresso em direção às tecnologias de próxima geração. "