Mais do que uma imagem bonita, o nanomaterial em forma de estrela muda o armazenamento de energia
O hidróxido de vanadilo comporta-se mais como um pseudocapacitor do que como uma bateria quando se forma como uma estrutura em forma de estrela
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Quando criados à nanoescala, os materiais podem assemelhar-se a formas como estrelas, varetas ou mesmo pirâmides. Estas formas de partículas, também conhecidas como morfologias de um sólido, não são apenas imagens interessantes ao microscópio - podem determinar o comportamento do material, por vezes de forma dramática.
Uma imagem de microscópio eletrónico de varrimento revela partículas de hidróxido de vanadilo (VOOH) com a forma de estrelas. A equipa de Luis De Jesús Báez descobriu que estas partículas se comportam mais como um pseudocapacitor do que como uma bateria.
Luis De Jesús Báez/University at Buffalo
Os investigadores da Universidade de Buffalo demonstraram este fenómeno criando o primeiro hidróxido de vanadilo (VOOH) em forma de estrela e mostraram que esta forma pode alterar fundamentalmente a forma como o material armazena energia.
Quando este produto químico à base de metal se formou inicialmente como camadas planas, semelhantes a folhas, armazenou energia internamente como uma bateria. Mas, à medida que evoluía para hastes agrupadas e, eventualmente, para estruturas em forma de estrela, o seu comportamento passou a ser o de um pseudocapacitor, armazenando energia à superfície ou perto dela.
"Ao alterar simplesmente a morfologia de um material, é possível alterar o seu comportamento eletroquímico e, consequentemente, alterar o que se pode fazer com ele", afirma Luis De Jesús Báez, PhD, professor assistente no Departamento de Química da UB e autor correspondente de um estudo publicado na edição de janeiro da Nanoscale, uma revista da Royal Society of Chemistry.
As descobertas poderão fornecer informações para a conceção de sistemas híbridos de armazenamento de energia que forneçam energia rapidamente, como um condensador, e a armazenem durante mais tempo, como uma bateria. Sugerem também que o controlo da forma de um material pode influenciar o comportamento dos seus electrões, um fator-chave em tecnologias emergentes como a computação quântica e neuromórfica.
"Estamos a aprender cada vez mais que as propriedades de um material não são apenas determinadas pela composição química ou pela estrutura atómica dos cristais - a morfologia também tem de ser tida em conta", afirma De Jesús Báez.
Da semente à estrela
A criação de um material começa com uma semente - um aglomerado de alguns átomos que pode transformar-se num sólido sob as condições certas e ao longo do tempo.
A equipa de De Jesús Báez sintetizou o VOOH e observou a evolução da sua estrutura ao longo de três dias e meio. Utilizaram a microscopia eletrónica de transmissão e a microscopia eletrónica de varrimento, que utilizam electrões em vez de luz para obter imagens de materiais a escalas extremamente pequenas.
Após 36 horas, o VOOH formou-se como estruturas planas, semelhantes a folhas, e armazenou energia internamente como uma bateria convencional. Passadas 48 horas, o material começou a formar-se como aglomerados semelhantes a hastes - e o seu comportamento de armazenamento de energia começou a mudar.
Passadas 84 horas, o VOOH tinha assumido uma forma de estrela com seis braços e estava a armazenar parte da sua energia à superfície ou perto dela.
"O crescimento de um sólido com a forma de uma estrela é muito mais complexo do que o crescimento de uma folha. A forma de estrela permite mais arestas com elevada densidade de defeitos e maior área de superfície global. O aumento dos defeitos e da área de superfície é o que leva a uma mudança no comportamento eletroquímico e nos ensina sobre o papel que a nucleação e o crescimento têm nas propriedades", diz o primeiro autor Jayanti Sharma, um estudante de doutoramento no laboratório de De Jesús Báez.
Onde a IA encontra a ciência dos materiais
Cada vez mais, os cientistas estão a utilizar modelos de inteligência artificial para simular o comportamento de um material, mas De Jesús Báez afirma que esta investigação mostra porque é que o trabalho de laboratório intensivo em tempo continua a ser essencial.
Os modelos de IA baseiam-se em bases de dados de ciência dos materiais, que incluem frequentemente informações sobre as propriedades de um material, mas nem sempre as condições específicas necessárias para o produzir.
"De que serve um modelo que nos diz que o VOOH é um bom pseudocapacitor se não nos diz também que é necessária uma estrutura em forma de estrela e não nos explica como criá-la?" afirma De Jesús Báez. "É aqui que a IA precisa de se encontrar com os cientistas de materiais onde nós estamos. Com melhores dados do laboratório, estes modelos podem realmente ajudar-nos a catapultar novas descobertas."
Além disso, só as imagens de microscópio eletrónico resultantes já valem o tempo no laboratório.
"Sempre que vejo imagens como estas, é quase como ser criança e descobrir algo novo de novo", diz De Jesús Báez. "Em 2026, por vezes pode parecer que tudo o que pode ser descoberto já o foi, mas estas imagens recordam-nos que ainda há muito mais para explorar."
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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