Devido às suas cores iridescentes, opalas são consideradas gemas particularmente preciosas desde a antiguidade. A forma como essas pedras cintilam é causada por suas nanoestruturas. Um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Dr. Markus Retsch da Universidade de Bayreuth produziu cristais coloidais que imitam tais estruturas, que são adequados para a construção de novos tipos de sensores. Esses sensores documentam de forma visível e contínua a temperatura em seu ambiente durante um período definido. Eles são, Portanto, feito sob medida para um monitoramento permanente de processos sensíveis à temperatura. Os cientistas apresentaram sua descoberta na revista Materiais avançados .

Aplicações atraentes já estão à vista para este novo tipo de sensores. "Para a operação segura de baterias modernas de alto desempenho, é importante que sejam expostos apenas a temperaturas moderadas por muitas horas de operação. Picos de temperatura de curto prazo podem colocar em risco a segurança e a vida útil das baterias. Com a ajuda dos novos sensores, a conformidade com temperaturas ambientes uniformes pode ser monitorada de forma confiável. Além disso, o sensor já está pré-programado devido à sua composição material:funciona de forma autônoma e não pode ser manipulado posteriormente, "diz o pesquisador doutorado Marius Schöttle (M.Sc.), autor principal da nova publicação. Prof. Dr. Markus Retsch, Cadeira de Físico-Química I e coordenadora do novo estudo, acrescenta:"Desenvolvemos um sensor que é sensível ao tempo e à temperatura, sem a necessidade de componentes eletrônicos complexos ou dispositivos de medição especiais. Além disso, os cristais artificiais que sintetizamos representam uma nova classe de materiais muito interessantes para a pesquisa fundamental. É possível que esses gradientes coloidais nos ajudem a rastrear fenômenos físicos anteriormente inacessíveis. "

Cristais coloidais graduais derivados de opalas naturais

Opalas consistem em partículas esféricas que formam nanoestruturas superordenadas. As interações dessas estruturas altamente simétricas com a luz visível fazem com que as superfícies brilhem nas mais diversas cores. O mesmo se aplica às asas de borboletas ou de alguns besouros. Nos últimos anos, Os representantes naturais e artificiais desta classe de materiais têm sido cada vez mais estudados. Na Universidade de Bayreuth, a equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Dr. Markus Retsch investigou agora se materiais nanoestruturados podem ser produzidos usando este princípio de construção, mas com uma variação controlada das misturas de diferentes partículas, que têm propriedades tecnologicamente atraentes. A visão era realizar filmes nanoestruturados que mudassem gradualmente suas propriedades físicas ao longo de uma determinada direção. Este comportamento gradual único poderia ser alcançado simplesmente variando a composição de uma mistura de partículas binárias. Para este propósito, os pesquisadores desenvolveram uma configuração experimental que permite a preparação de tais cristais coloidais graduais compreendendo dois tipos de partículas distintas.

Dois tipos de partículas foram produzidos em laboratório que diferiam em apenas um aspecto:suas nanoestruturas resultantes se fundem em diferentes temperaturas de modo que as superfícies dos materiais perdem irremediavelmente suas cores iridescentes. Tecnicamente falando, este processo de sinterização a seco irreversível cria uma camada de filme incolor. Os pesquisadores criaram cristais coloidais de ambos os tipos de partículas e utilizaram sua técnica de fabricação de gradiente recém-desenvolvida. A estrutura dos cristais resultantes é sempre a mesma:dentro de cada cristal, a proporção de partículas que perdem suas estruturas em temperaturas mais altas e são, portanto, mais estáveis ​​aumenta continuamente para um lado. Estudos comparativos mostraram que uma porcentagem maior de partículas mais estáveis ​​causa uma degradação estrutural mais lenta dentro do cristal e retarda a perda de cor resultante.

Cristais afinados como sensores ópticos

A equipe de Bayreuth agora usou esta descoberta para ajustar vários cristais colóides. Um cristal colóide no qual a proporção de partículas estáveis ​​muda gradualmente agora assume a função de um sensor:quanto mais alta a temperatura durante um período definido, quanto mais a perda de cor se espalha ao longo da direção do gradiente. Quanto mais curtos os períodos durante uma temperatura constante, quanto mais cedo esse processo for abortado. Uma vez que as perdas de cor são irreversíveis em qualquer caso, o sensor documenta o nível de temperatura ambiente em função do tempo.