segunda-feira , 24 junho 2019
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Estudo decifra processos em escala nanométrica

Simulações computacionais feitas por pesquisadores do IFGW e IQ explicam formação de nanofios e nanopartículas de prata

Pesquisa conduzida de forma colaborativa pelos professores Edison Zacarias da Silva e Miguel San-Miguel, ambos da Unicamp, com o apoio de pesquisadores do Centro de Materiais Funcionais (CDMF) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), decifrou o mecanismo responsável pela formação de nanopartículas de prata a partir do tungstato de prata (α-Ag2WO4), após este material ser irradiado por um feixe de elétrons. “Nós fizemos simulações computacionais que forneceram resultados muito próximos dos obtidos pelos experimentos em bancada”, explica da Silva, que é docente do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Os dados do estudo foram descritos em artigo publicado, no último dia 2 de maio, por uma revista científica de alto impacto, o Journal of Physical Chemistry C.

De acordo com Silva, as nanopartículas de prata foram obtidas por pesquisadores do CDMF, durante estudo coordenado pelo professor Elson Longo. Os cientistas investigavam as propriedades do tungstato de prata, quando decidiram analisar o material no microscópio eletrônico. “Após o tungstato ser irradiado com o feixe de elétrons emitido pelo microscópio eletrônico, algo inesperado aconteceu.

O procedimento provocou uma reação que fez com que surgissem novas estruturas dentro do material. Ao analisar essas novas estruturas, a equipe do professor Longo verificou que eram nanofios e nanopartículas de prata, sendo que algumas nanopartículas ficavam livres no vácuo”, relata o docente do IFGW.

O grupo da UFSCar constatou, ainda, que essas nanopartículas se movimentavam e se encontravam em um dado momento, gerando partículas maiores. Esse processo, denominado de coalescência, é semelhante ao que ocorre quando duas gotas de água se encontram e se fundem, formando uma gota maior.

Diante dessas constatações, o desafio dos pesquisadores passou a ser entender os mecanismos envolvidos nos dois fenômenos. A explicação coube a Silva e San-Miguel, este último professor do Instituto de Química (IQ).

Dito de forma simplificada, os dois docentes da Unicamp, que contaram com a colaboração do professor Giovani M. Faccin, da Universidade Federal da Grande Dourados (UFGD), produziram simulações computacionais a partir dos dados experimentais obtidos pelo grupo da UFSCar. “Nós fomos muito cuidadosos. Construímos vários cenários para tentar compreender os processos de formação das nanopartículas e de junção delas. O que nós verificamos é que o campo elétrico do feixe de elétrons causa nessas partículas um efeito muito interessante chamado de ressonância superficial de plasma.

A partícula é eletricamente neutra, mas o campo elétrico faz com que suas cargas elétricas oscilem, produzindo nanodipolos elétricos. Quando dois nanodipolos se alinham, eles sofrem uma atração mútua. É quando as nanopartículas se encontram e formam uma terceira estrutura maior”, detalha Silva.

Imagem: Divulgação
Imagem simula o processo de coalescência entre nanopartículas de prata | Ilustração: Giovani Faccin

Os cientistas constaram, ainda, que no instante em que ocorre a coalescência, há a formação de um “defeito” na área de junção das nanopartículas. “A região fica desordenada.

O curioso é que, de forma abrupta, ela volta a ficar ordenada e o ‘defeito’ desaparece”, acrescenta Silva. Mas qual a importância desse tipo de descoberta? Segundo o docente do IFGW, a resposta está relacionada com a aplicação do tungstato de prata.

O material tem sido usado, por exemplo, em dispositivos fotoluminescentes ou em produtos bactericidas. “Entendendo esses mecanismos, nós abrimos caminho para manipulá-los no futuro. O objetivo obviamente é melhorar as propriedades de interesse”, esclarece o físico.

Um aspecto enfatizado por ele é o caráter complementar entre os estudos experimentais e as simulações computacionais. “Ao produzirmos modelos virtuais, nós não somente podemos ajudar a explicar um dado fenômeno, como podemos fazer algumas predições.

Isso é importante porque podemos antecipar certas situações, que podem ser evitadas ou aproveitadas pelos nossos colegas que trabalham no campo experimental”. Outro ponto destacado por Silva é que o estudo em questão envolveu o suporte de diferentes áreas do conhecimento e a participação de estudantes de pós-graduação e pós-doutores de Física e Química. “Esse ambiente orientado pelo trabalho interdisciplinar é muito valioso, principalmente porque ajuda a formar profissionais altamente qualificados que vão trabalhar posteriormente na academia ou na indústria”, pondera da Silva.

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