{"id":10223,"date":"2023-04-12T10:45:36","date_gmt":"2023-04-12T13:45:36","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=10223"},"modified":"2023-04-30T14:58:04","modified_gmt":"2023-04-30T17:58:04","slug":"artigo-em-destaque-segredos-da-relaxacao-estrutural-dos-vidros-finalmente-revelados","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-segredos-da-relaxacao-estrutural-dos-vidros-finalmente-revelados\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Segredos da relaxa\u00e7\u00e3o estrutural dos vidros finalmente revelados."},"content":{"rendered":"

\"Espectr\u00f4metro<\/a>
Espectr\u00f4metro NMR instalado no IFSC-USP.<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/p>\n

Uma equipe de pesquisadores do CeRTEV<\/a><\/strong> (um dos maiores centros acad\u00eamicos de pesquisa em vidros do mundo, localizado em S\u00e3o Carlos, SP) conseguiu realizar a primeira observa\u00e7\u00e3o experimental das mudan\u00e7as que ocorrem na estrutura de um vidro durante o relaxamento e a nuclea\u00e7\u00e3o de cristais, p<\/span>rocessos que ocorrem na escala nanom\u00e9trica em todos os vidros e que impactam as suas propriedades.<\/p>\n

Vale lembrar que os vidros s\u00e3o materiais amorfos: os seus \u00e1tomos n\u00e3o se apresentam em um arranjo organizado e peri\u00f3dico. Al\u00e9m disso, est\u00e3o fora do equil\u00edbrio termodin\u00e2mico e, portanto, tendem a buscar estabilidade. Nessa busca, a estrutura dos vidros experimenta rearranjos, os quais tendem ora a deix\u00e1-la mais fluida (relaxamento), ora a formar os primeiros cristais (nuclea\u00e7\u00e3o) para, finalmente, cristalizar.<\/p>\n

Al\u00e9m de ocorrerem espontaneamente (ao final de tempos quase infinitos para o ser humano em temperatura ambiente), a relaxa\u00e7\u00e3o <\/span>e cristaliza\u00e7\u00e3o dos vidros pode ser muito acelerada por meio do aquecimento do material, que \u00e9 o m\u00e9todo utilizado para produzir vitrocer\u00e2micas. Muito mais resistentes a impactos do que os vidros comuns, as vitrocer\u00e2micas possuem regi\u00f5es cristalinas dispersas na matriz amorfa. Pelas suas propriedades \u00fanicas, s\u00e3o utilizadas em aplica\u00e7\u00f5es como janelas \u00e0 prova de balas e restaura\u00e7\u00f5es dent\u00e1rias.<\/p>\n

Compreender as mudan\u00e7as estruturais dos vidros durante o relaxamento e a nuclea\u00e7\u00e3o \u00e9 um problema cient\u00edfico antigo, cuja resolu\u00e7\u00e3o estava limitada pela aus\u00eancia de instrumenta\u00e7\u00e3o adequada. Por isso, para poder realizar este estudo, os pesquisadores do CeRTEV precisaram desenvolver um m\u00e9todo adequado. O desafio foi finalmente superado mediante o uso de experimentos baseados na t\u00e9cnica de resson\u00e2ncia magn\u00e9tica nuclear (NMR, na sigla em ingl\u00eas) combinados com simula\u00e7\u00f5es computacionais.<\/p>\n

\u201cNossa pesquisa e a t\u00e9cnica resultante oferecem uma ferramenta valiosa para monitorar e compreender o processo de relaxamento em muitos vidros, bem como os est\u00e1gios iniciais da nuclea\u00e7\u00e3o de cristais que ocorrem durante os tratamentos t\u00e9rmicos\u201d, diz Henrik Bradtm\u00fcller<\/a><\/strong>, autor correspondente do artigo que reporta esta pesquisa na Acta Materialia<\/a><\/strong>. \u201cEssas descobertas s\u00e3o cruciais para o design<\/i> e para o controle de produ\u00e7\u00e3o de vitrocer\u00e2micas tecnologicamente avan\u00e7adas e de alto desempenho\u201d, completa o jovem cientista alem\u00e3o, que atua como p\u00f3s-doutorando na UFSCar, com bolsa da FAPESP, desde 2020.<\/p>\n

A revela\u00e7\u00e3o<\/strong><\/p>\n

O trabalho conjunto de cientistas altamente especializados foi uma das chaves para alcan\u00e7ar o sucesso nesta pesquisa. De fato, a equipe de trabalho agregou a ampla experi\u00eancia de dois pesquisadores seniores: a do professor Edgar Dutra Zanotto<\/a><\/strong>\u00a0(UFSCar) na \u00e1rea de nuclea\u00e7\u00e3o e cristaliza\u00e7\u00e3o em vidros, e a do professor Hellmut Eckert<\/a><\/strong> (IFSC-USP) no desenvolvimento e refinamento da nova<\/span> t\u00e9cnica de NMR. Foram tamb\u00e9m fundamentais as contribui\u00e7\u00f5es do p\u00f3s-doutorando Anuraag Gaddam<\/strong><\/a> (IFSC-USP), tamb\u00e9m bolsista da FAPESP, que realizou as simula\u00e7\u00f5es computacionais, e de Henrik Bradtm\u00fcller, que desenvolveu e aplicou as estrat\u00e9gias de NMR que possibilitaram as observa\u00e7\u00f5es in\u00e9ditas.<\/p>\n

\"Os<\/a>
Os autores do paper. A partir da esquerda: Henrik Bradtm\u00fcller, Anuraag Gaddam, Hellmut Eckert e Edgar D. Zanotto.<\/strong><\/figcaption><\/figure>\n

\u201cAtrav\u00e9s do uso de simula\u00e7\u00f5es de din\u00e2mica molecular, fomos capazes de prever as mudan\u00e7as estruturais que ocorrem durante o relaxamento do vidro\u201d, diz Bradtm\u00fcller. \u201cJ\u00e1 os experimentos de alta sensibilidade com a t\u00e9cnica NMR nos permitiram observar essas mudan\u00e7as pela primeira vez\u201d, completa. A t\u00e9cnica de NMR permite analisar, na escala at\u00f4mica, a estrutura de materiais s\u00f3lidos, inclusive estruturas amorfas.<\/p>\n

Para fazer os experimentos, a equipe escolheu o dissilicato de l\u00edtio (Li2Si2O5), uma vitrocer\u00e2mica bastante utilizada, principalmente em pr\u00f3teses dent\u00e1rias. Os pesquisadores a aqueceram ao longo de per\u00edodos que variaram entre 15 minutos e 60 dias, a 435 \u00b0C, temperatura inferior \u00e0 da transi\u00e7\u00e3o v\u00edtrea desse material, na qual os \u00e1tomos ganham mobilidade e o vidro come\u00e7a a ficar mais fluido, sem por\u00e9m fundir.<\/p>\n

As amostras retiradas em diversos momentos do aquecimento foram analisadas por meio dos experimentos de NMR desenvolvidos. Os resultados das an\u00e1lises mostraram, pela primeira vez, o que acontece com a estrutura do dissilicato de l\u00edtio durante o relaxamento e a nuclea\u00e7\u00e3o. \u201cA distribui\u00e7\u00e3o dos blocos de constru\u00e7\u00e3o de rede desse vidro (-Si-O-Si- ) permanece praticamente inalterada\u201d, relata o professor Zanotto, que \u00e9 diretor do CeRTEV. \u201cEm contraste, os c\u00e1tions modificadores de rede (Li+), que s\u00e3o muito m\u00f3veis dentro do material nas temperaturas de recozimento, aproximam-se continuamente de uma configura\u00e7\u00e3o estrutural que se assemelha ao estado cristalino\u201d. Com tempo de aquecimento suficiente, explica o professor, os primeiros n\u00facleos de cristal aparecem, seguidos por muitos outros, at\u00e9 chegar \u00e0 cristaliza\u00e7\u00e3o de todo o material.<\/p>\n

A partir de agora, os autores do trabalho esperam que a metodologia desenvolvida seja utilizada para estudar muitos outros materiais v\u00edtreos e que esta nova compreens\u00e3o detalhada de fen\u00f4menos fundamentais permita ajustar as propriedades de vitrocer\u00e2micas para melhorar o seu desempenho e ampliar o seu leque de aplica\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

Esta pesquisa foi financiada pela FAPESP.<\/p>\n

\"Centro:
Centro: Fun\u00e7\u00f5es de estado Entalpia (H), Entropia (S) e Volume molar (V) em fun\u00e7\u00e3o da temperatura, destacando as diferen\u00e7as entre l\u00edquido, cristal e vidro. Esquerda e superior direita: Fatias de \u201ccaixas\u201d de din\u00e2mica molecular, destacando a distribui\u00e7\u00e3o de \u00edons Li + (cor laranja) no vidro simulado. Inferior direito: Espectros de RMN mostrando as diferen\u00e7as entre o vidro preparado por t\u00eampera por fus\u00e3o, vidro ap\u00f3s relaxamento ap\u00f3s recozimento por tempos vari\u00e1veis a uma temperatura 20\u00b0C abaixo da temperatura de transi\u00e7\u00e3o v\u00edtrea, vidro contendo n\u00facleos de cristal e vidro totalmente cristalizado.<\/strong><\/figcaption><\/figure>\n

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\n

Refer\u00eancia do artigo cient\u00edfico:<\/strong> Structural rearrangements during sub-Tg relaxation and nucleation in lithium disilicate glass revealed by a solid-state NMR and MD strategy.<\/em> Henrik Bradtm\u00fcller, Anuraag Gaddam, Hellmut Eckert, Edgar D. Zanotto. Acta Materialia. Volume 240, November 2022, 118318. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.actamat.2022.118318<\/a><\/p>\n

Contato de autor:<\/strong> Edgar Dutra Zanotto \u2013 dedz@ufscar.br<\/a><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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