Há muitos anos, pesquisadores do mundo todo discutem se o vidro é um material sólido de fato. Mais recentemente, um grupo de especialistas da da Universidade de Constança publicaram informações muito interessantes e que poderá mudar a maneira como usamos os vidros ou os materiais vítreos de maneira geral.
Uma equipe de químicos e físicos alemães conseguiu sintetizar um material cujo estado da matéria não se enquadra nem entre os sólidos e nem entre os líquidos. O “novo” foi denominado de “vidro líquido”, e a comprovação da existência dessa fase anômala da matéria promete colocar mais discussões em uma das áreas mais controversas da ciência: o estudo dos vidros.
O vidro é um dos materiais mais utilizados pela humanidade, há muito tempo. Contudo, é também um dos maiores mistérios da área de materiais.
Vamos entender!
Embora existam muitas teorias e muitos defensores de cada uma delas, o fato é que a verdadeira natureza do vidro permanece um mistério, com investigações científicas sobre suas propriedades químicas e físicas sendo feitas em laboratórios de todo o mundo.
De fato, o vidro é tudo menos um sólido convencional. Normalmente, quando um material passa de um estado líquido para um estado sólido, as moléculas se alinham para formar um padrão cristalino (uma organização entre os átomos). No vidro, isso não acontece; em vez disso, as moléculas são efetivamente congeladas no lugar, sem tempo para que ocorra a cristalização e, por isso, o vidro é descrito como um material amorfo.
Esse estado estranho e desordenado é característico de vidros em diferentes sistemas e os cientistas ainda estão tentando entender como exatamente esse estado metaestável se forma.
A recente descoberta de Jörg Roller e seus colegas da Universidade de Constança, adiciona mais uma camada de complexidade a esse dilema do estado físico do vidro. Usando suspensões coloidais de partículas plásticas elipsoidais e não esféricas, como comumente se tem feito, os pesquisadores observaram que as partículas individuais conseguiam se mover, mas eram incapazes de girar, um comportamento nunca observado anteriormente em vidros.
O professor Andreas Zumbusch, coordenador da equipe, destaca:
Devido às suas formas distintas, nossas partículas têm orientação – em oposição às partículas esféricas – o que dá origem a tipos de comportamentos complexos inteiramente novos e não estudados anteriormente.
Para desvendar o que estava acontecendo, os pesquisadores mudaram as concentrações de partículas nas suspensões e monitoraram o movimento de translação e de rotação das partículas usando microscopia confocal. Com isso, em determinadas densidades de partículas, o movimento de orientação “congelou”, enquanto o movimento de translação persistiu, resultando em estados vítreos nos quais as partículas se agruparam para formar estruturas locais com orientação semelhante.
O que os pesquisadores chamaram de vidro líquido é o resultado desses aglomerados se obstruindo mutuamente e mediando correlações espaciais características de longo alcance. Isso evita a formação de um cristal líquido, que seria o estado globalmente ordenado da matéria, conforme se esperaria pelas normas da termodinâmica.
Em outras palavras, o que ocorre no vidro líquido são duas transições de vidro concorrentes: uma transformação de fase regular e uma transformação de fase de não-equilíbrio – interagindo uma com a outra.
Os resultados sugerem ainda que uma dinâmica semelhante pode ocorrer em outros sistemas amorfos, ou não-cristalinos, o que ajudaria a lançar luzes sobre o comportamento de sistemas complexos e moléculas que variam do muito pequeno (biológico) ao muito grande (cosmológico).
O trabalho também poderá ajudar no desenvolvimento de novos e melhores cristais líquidos com grande potencial de aplicação em vários dispositivos de tecnologias.
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Fonte: Observation of liquid glass in suspensions of ellipsoidal colloids. Revista: Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2018072118.
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