(PhysOrg.com) - O congelamento de suspensões de partículas nem sempre é um fenômeno uniforme; em certas condições, leva a uma modificação da redistribuição de partículas e ao crescimento de cristais.

Estes resultados foram obtidos por pesquisadores do Laboratoire de Synthčse et Fonctionnalisation des Céramiques e do Laboratoire Matériaux, Ingénierie et Sciences, França, observando, por meio de imagens de raios-X no European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), o movimento das partículas enquanto estão sendo congeladas. Seu trabalho poderia facilitar não apenas o desenvolvimento de materiais porosos com propriedades específicas, mas também a compreensão dos mecanismos de congelamento de solos no inverno, que pode ter um impacto considerável nas plantas, estradas e vias públicas. Esses resultados foram publicados on-line na revista Materiais da Natureza em 8 de novembro de 2009.

Qual é a conexão entre a formação de gelo marinho nos pólos, solos congelados no inverno, criopreservação de células, Síntese de sorvete e material compósito? Todas essas situações envolvem a propagação de uma interface de solidificação e seu encontro com partículas, microorganismos ou bolhas em suspensão em um líquido. Embora o fenômeno possa ser descrito em apenas algumas palavras, seu mecanismo e controle permanecem, no entanto, extremamente complexos e ainda longe de serem totalmente compreendidos.

Até agora, estudos simplificaram o problema considerando apenas uma única partícula na frente de uma interface plana propagando-se em baixa velocidade. Na maioria das situações, no entanto, a interface se propaga rapidamente, não é plano, há uma infinidade de partículas e as inúmeras interações entre as partículas desempenham um papel considerável na maneira como o sistema se comporta. O comportamento da interface nessas condições, crítica em várias aplicações, ainda é mal compreendido na maior parte e difícil de observar experimentalmente, uma vez que os fenômenos ocorrem em pequenas escalas dimensionais e em alta velocidade.

Os pesquisadores resolveram o problema usando imagens de raios-X. Eles se beneficiaram do acesso por vários dias à Instalação Europeia de Radiação Síncrotron (ESRF) em Grenoble, uma linha (ID19) é dedicada à geração de imagens de raios-X.

Congelando uma suspensão concentrada de partículas de cerâmica, os pesquisadores puderam observar in situ o crescimento de cristais de gelo e o movimento das partículas durante o congelamento. Eles então obtiveram uma imagem tridimensional dos cristais de gelo após o congelamento, explorando as diferenças na absorção de raios-X entre o gelo e as partículas. Os pesquisadores foram capazes de demonstrar que, sob certas condições, a interface “salta”, acelerando de forma pontuada e modificando a redistribuição de partículas e o crescimento de cristais. Eles explicam esse resultado por um retorno sistemático da interface ao equilíbrio quando é dado tempo suficiente para isso, o que é extremamente interessante para pesquisadores de ciência de materiais.

O fenômeno de congelamento pode de fato ser usado para desenvolver materiais porosos com estruturas biomiméticas específicas, cujas propriedades mecânicas parecem ser particularmente promissoras para uma ampla gama de aplicações na área de energia, campos de química e biologia. Assim, quando a interface se propaga de maneira irregular, numerosos defeitos aparecem que enfraquecem a estrutura, que afetam significativamente suas propriedades finais. Esses resultados fornecem, portanto, a chave para trabalhar em condições onde esses defeitos estão ausentes e lançam uma nova luz sobre os mecanismos naturais de congelamento. Na verdade, o congelamento dos solos no inverno tem consequências consideráveis ​​nas plantas e nas estradas. A formação de gelo marinho, onde o sal e os microorganismos são expelidos entre os cristais de gelo, desempenha um papel importante nas trocas térmicas entre a atmosfera e os oceanos.

Mais Informações: Solidificação celular metaestável e instável de suspensões coloidais; S. Deville, E. Maire, G. Bernard-Granger, A. Lasalle, A. Bogner, C. Gauthier, J. Leloup, C. Guizard, Materiais da Natureza , 8 de novembro de 2009. doi:10.1038 / nmat2571 "target =" _ blank "> dx.doi.org/doi:10.1038/nmat2571

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