Cientistas da EPFL, Alemanha e França revelaram uma nova propriedade do dióxido de titânio anatase material barato e abundante, que promete aplicações como meio para nanosensores de tensão mecânica à temperatura ambiente com leitura ótica.
Medir a tensão mecânica no nanomundo é um grande desafio na ciência e engenharia de materiais. A chave para este avanço é a capacidade de combinar materiais baratos de tamanho nanométrico que reagem ao estresse mecânico e esquemas de detecção simples. Uma rota promissora envolveria o desenvolvimento de sensores com leitura óptica. Contudo, não há nanomateriais conhecidos que mudam suas propriedades de absorção de luz mediante a aplicação de estresse mecânico de uma forma simples e previsível, especialmente à temperatura ambiente. Esses materiais seriam extremamente úteis em uma série de aplicações de detecção, variando da biociência à metrologia.
Em uma reviravolta, o laboratório de Majed Chergui na EPFL dentro do Lausanne Center for Ultrafast Science, em colaboração com os grupos teóricos de Angel Rubio na Max-Planck (Hamburgo) e Pascal Ruello na Université de Le Mans, demonstrou que nanopartículas do polimorfo anatase do dióxido de titânio podem revolucionar o campo.
O dióxido de titânio é um material barato e abundante que já é usado em uma ampla variedade de aplicações, como fotovoltaica, fotocatálise, substratos condutores transparentes, protetor solar, tintas, purificação de água e ar. Com sua recente descoberta, publicado em Nano Letras , Chergui e seus colegas mostram que o dióxido de titânio é o candidato mais promissor para o desenvolvimento de sensores de tensão à temperatura ambiente em nanoescala e com leitura óptica.
Em seus experimentos, os pesquisadores lançaram uma onda de estresse mecânico dentro de nanopartículas de dióxido de titânio em temperatura ambiente e monitoraram sua resposta óptica nas proximidades da banda de absorção principal do material, chamado de "exciton". Eles descobriram que este último sofre uma mudança de intensidade sob o estresse mecânico aplicado. Esta resposta simples está em desacordo com o comportamento de todos os materiais conhecidos, cujas respostas ópticas ao estresse mecânico são complexas e imprevisíveis. Essas novas descobertas abrem o caminho para o desenvolvimento de sensores com uma leitura óptica baseada em uma única frequência de laser sintonizada na ressonância de excitons.
Considerando que o dióxido de titânio já está incorporado em uma grande variedade de dispositivos e há ampla experiência disponível para combiná-lo com outros sistemas, essas descobertas prometem uma nova geração de sensores ópticos de estresse mecânico em nanoescala.
"Essa observação foi possível graças às nossas novas técnicas de laser ultravioleta profundo. Esperamos que nosso método experimental leve a descobertas ainda mais empolgantes no nanomundo em um futuro próximo, "diz Edoardo Baldini (primeiro autor do artigo, agora no MIT).
