p O pesquisador David Rosenberg examina imagens de um pó branco sob um poderoso microscópio eletrônico de varredura. De perto, o pó parece cascalho grosso, um monte de pedaços semelhantes, mas irregulares. Em seguida, ele olha para uma segunda imagem - o mesmo material produzido pelo colega Hongyou Fan em vez de comprado de um catálogo - e vê perfeitamente bem, esferas uniformes. p "Nunca vi nada assim. Nesta escala, ninguém pode controlar bem a forma ou o tamanho. Essa tecnologia faz as duas coisas. "

p O pó de uniforme e outros semelhantes produzidos no Sandia National Laboratories não são apenas bonitos, eles superam as variedades comerciais usadas para iniciar reações químicas em células solares e podem ser usados ​​para produzir combustível de hidrogênio de queima limpa. Se desenvolvido para a indústria, a nova tecnologia - assunto de um artigo recente na Nano Letters - poderia melhorar o desempenho e, ao mesmo tempo, reduzir os custos desses e de outros catalisadores usados ​​em todos os lugares, desde a limpeza ambiental até o tratamento do câncer.

p Seu ingrediente principal:detergente.

p Na verdade, é uma versão comercial não muito diferente do sabonete líquido doméstico, sem as tinturas e perfumes. Fã, o inventor da tecnologia à base de detergente, e sua equipe no Laboratório de Materiais Avançados da Universidade do Novo México usam o ingrediente ativo em soluções de limpeza para reter matérias-primas, assim como a graxa, encapsulando-os dentro de gaiolas feitas de moléculas de detergente. A gaiola atua como um molde molecular que determina o tamanho e a forma - ou morfologia - do material que se forma dentro. Remova o detergente, e você fica limpo, partículas uniformes.

p "Normalmente, você teria muito pouco controle sobre a reação que produz esses materiais, "diz Fan." Isso leva a uma morfologia irregular. "

p Isso pode ser um problema para os engenheiros que usam esses materiais. Alguns catalisadores não funcionam a menos que estejam organizados de maneiras específicas no nível molecular, e algumas partículas que absorvem luz usadas em células solares absorvem mais luz solar em certos tamanhos do que em outros. Quando as partículas individuais são irregulares, apenas uma fração do material a granel tem o desempenho esperado. O resto é peso morto, o que também torna difícil prever o desempenho do catalisador.

p Como as partículas do Fan são uniformes e rigidamente controladas, os engenheiros poderiam usar menos material e obter o mesmo efeito que os pós convencionais. Em um estudo, Versão Fan de um fotocatalisador, que poderia ser usado para limpar águas residuais, quebrou cinco vezes mais poluente do que sua contraparte comercial. Em seu último artigo, ele demonstrou melhorias semelhantes em um material que produz hidrogênio cataliticamente.

p A consistência melhora as previsões de desempenho

p Rosenberg está ampliando e aplicando a tecnologia em sua pesquisa de explosivos para a segurança nacional, onde materiais imprevisíveis são inaceitáveis. Ao lado de uma equipe que está melhorando as entradas para modelos de computador, "vimos um incrível, aplicativo poderoso à medida que alimenta nossos esforços de modelagem, " ele diz.

p Sandia desenvolve simulações de computador para que Rosenberg e sua equipe não tenham que construir e testar peças fisicamente todas as vezes. Mas as suposições colocadas nesses modelos podem comprometer o resultado.

p Para economizar tempo e recursos de computação, uma simulação pode assumir que as partículas têm formas mais simples ou são mais consistentes do que realmente são. Mas, nunca irá predizer perfeitamente como o real material age. Os pós uniformes do ventilador alinham o material com o modelo, proporcionando a Rosenberg a capacidade de controlar a estrutura das partículas para que muitas das suposições matemáticas desapareçam.

p "Podemos olhar para modelos que descrevam perfeitamente as características físicas do pó, e isso nos daria uma ferramenta incrível tanto para validar modelos existentes quanto para desenvolver novos. "

p Troque o detergente, mude a forma

p Fan também está otimizando materiais para aplicações potenciais, como conversão de energia em células solares, fototerapia para tratamento de câncer e produção de hidrogênio para fontes de combustível limpo, criando partículas bem conhecidas em novos formatos. Um detergente pode resultar em esferas, mas Fan pode trocá-lo por um detergente que produz discos, hastes ou octaedros. No estudo que mediu o desempenho fotocatalítico, ele testou oito formas contra a contraparte comercial antes de coroar a forma mais eficaz.

p Mas por enquanto, Fan descobriu amplamente essas formas por tentativa e erro. Então ele alistou a ajuda de Younan Xia, professor do Georgia Institute of Technology e pioneiro na síntese de nanomateriais para acelerar seu trabalho.

p "Estamos medindo a cinética fundamental, com que rapidez os átomos ou moléculas são depositados na superfície das nanopartículas em crescimento, "Diz Xia." A estrutura final das partículas depende dessa taxa em relação à taxa de difusão da superfície, "ou a taxa na qual as moléculas se afastam.

p Xia e Fan estão trabalhando juntos para desenvolver uma receita para replicar certas formas com base no detergente, temperatura, Valor e concentração de pH. Como girar botões, eles poderiam ajustar essas entradas para obter uma saída confiável.

p "Se você não tem um botão quantitativo, você pode realizar o experimento cem vezes antes de obter a forma certa, "Diz Xia." Com um, esperamos conseguir acertar após a primeira ou segunda tentativa. "