Do Exterminador do Futuro ao traje do Homem-Aranha, robôs e dispositivos auto-reparáveis ​​são abundantes em filmes de ficção científica. Na realidade, porém, o desgaste reduz a eficácia dos dispositivos eletrônicos até que eles precisem ser substituídos. O que é a tela rachada do seu celular se curando da noite para o dia, ou os painéis solares que fornecem energia aos satélites reparando continuamente os danos causados ​​pelos micrometeoritos?
O campo de materiais auto-reparáveis ​​está se expandindo rapidamente, e o que costumava ser ficção científica pode em breve se tornar realidade, graças aos cientistas do Technion – Instituto de Tecnologia de Israel, que desenvolveram semicondutores de nanocristais ecológicos capazes de autocura. Suas descobertas, publicadas recentemente em Materiais Funcionais Avançados , descrevem o processo, no qual um grupo de materiais chamados perovskitas duplas exibem propriedades de autocura após serem danificados pela radiação de um feixe de elétrons. As perovskitas, descobertas pela primeira vez em 1839, atraíram recentemente a atenção dos cientistas devido às características eletro-ópticas únicas que as tornam altamente eficientes na conversão de energia, apesar da produção barata. Um esforço especial foi colocado no uso de perovskitas à base de chumbo em células solares altamente eficientes.

O grupo de pesquisa Technion do professor Yehonadav Bekenstein da Faculdade de Ciências e Engenharia de Materiais e do Instituto de Estado Sólido do Technion está procurando alternativas verdes para o chumbo tóxico e as perovskitas sem chumbo de engenharia. A equipe é especializada na síntese de cristais em nanoescala de novos materiais. Ao controlar a composição, a forma e o tamanho dos cristais, eles alteram as propriedades físicas do material.

Os nanocristais são as menores partículas de material que permanecem naturalmente estáveis. Seu tamanho torna certas propriedades mais pronunciadas e permite abordagens de pesquisa que seriam impossíveis em cristais maiores, como imagens usando microscopia eletrônica para ver como os átomos nos materiais se movem. Este foi, de fato, o método que possibilitou a descoberta do auto-reparo nas perovskitas sem chumbo.

As nanopartículas de perovskita foram produzidas no laboratório do Prof. Bekenstein usando um processo curto e simples que envolve o aquecimento do material a 100°C por alguns minutos. Quando Ph.D. estudantes Sasha Khalfin e Noam Veber examinaram as partículas usando um microscópio eletrônico de transmissão, eles descobriram o fenômeno emocionante. O feixe de elétrons de alta tensão usado por este tipo de microscópio causou falhas e buracos nos nanocristais. Os pesquisadores puderam então explorar como esses buracos interagem com o material que os cerca e se movem e se transformam dentro dele.

Eles viram que os buracos se moviam livremente dentro do nanocristal, mas evitavam suas bordas. Os pesquisadores desenvolveram um código que analisou dezenas de vídeos feitos usando o microscópio eletrônico para entender a dinâmica do movimento dentro do cristal. Eles descobriram que buracos se formavam na superfície das nanopartículas e depois se moviam para áreas energeticamente estáveis ​​no interior. A razão para o movimento dos buracos para dentro foi a hipótese de serem moléculas orgânicas que revestem a superfície dos nanocristais. Uma vez que essas moléculas orgânicas foram removidas, o grupo descobriu que o cristal ejetou espontaneamente os buracos para a superfície e para fora, retornando à sua estrutura primitiva original – em outras palavras, a crosta se reparou.

Essa descoberta é um passo importante para entender os processos que permitem que as nanopartículas de perovskita se curem e abre caminho para sua incorporação em painéis solares e outros dispositivos eletrônicos. + Explorar mais

Cientistas criam materiais estáveis ​​para células solares mais eficientes