Uma pesquisa publicada nos Proceedings of the National Academy of Sciences descreve um novo tipo de la­quido em filmes finos, que forma um vidro de alta densidade. Os resultados gerados neste estudo, conduzido por pesquisadores do Departamento de Quí­mica da Penn, demonstram como esses vidros e outros materiais semelhantes podem ser fabricados para serem mais densos e esta¡veis, fornecendo uma estrutura para o desenvolvimento de novos aplicativos e dispositivos por meio de um design melhor.

O vidro énormalmente criado por meio da solidificação, ou queda do equila­brio, de um la­quido quando ele éresfriado a uma temperatura em que seu movimento éinterrompido. A estrutura de um vidro se assemelha muito a  fase la­quida, mas suas propriedades são semelhantes a s dos sãolidos, semelhantes a um cristal.

Os vidros que são feitos em filmes ultrafinos em escala nanomanãtrica são amplamente usados ​​em aplicações como telas OLED e fibras a³pticas. Mas quando esses tipos de vidros são feitos em filmes finos , mesmo em temperaturas frias eles se comportam mais como um la­quido, e o material resultante pode estar sujeito a  formação de gota­culas ou cristalização, o que limita o tamanho das menores caracteri­sticas possa­veis.

Para fazer vidros melhores, os pesquisadores usaram a deposição de vapor em vez de resfriar um la­quido para produzir um vidro. Na deposição de vapor, um material étransformado de um gás em um sãolido diretamente. Embora esse manãtodo tenha permitido aos pesquisadores criar tipos mais densos de vidros em massa, inicialmente pensou-se que filmes finos de vidro feitos com esse manãtodo ainda teriam as mesmas propriedades de la­quido que levariam a  degradação e instabilidade.

Mas Yi Jin, um recente Ph.D. graduado que trabalhou no laboratório de Zahra Fakhraai, fez experimentos e descobriu que esse não era o caso. "Yi continuou descobrindo propriedades diferentes, nenhum dos dados fazia sentido, então nos aprofundamos atéque tivanãssemos dados suficientes para montar uma imagem", diz Fakhraai.

Jin passou vários anos conduzindo experimentos detalhados, desde a mudança do substrato de vidro, propriedades e taxas de deposição atégarantir que todo o seu equipamento fosse totalmente limpo para descartar contaminação ou erro experimental.

Depois de executar todos os experimentos de controle necessa¡rios, os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que, ao usar a deposição de vapor, eles podiam acessar um tipo diferente de la­quido, com uma transição de fase para o la­quido a granel ta­pico após o aquecimento. Uma transição de fase ocorre quando um material muda de um estado (gás, la­quido ou sãolido) para outro. "Os dois la­quidos tem estruturas distintas, semelhantes ao grafeno e ao diamante, que são sãolidos feitos de carbono, mas existem em formas sãolidas muito diferentes."

“Existem muitas propriedades interessantes que surgiram do nada, e ninguanãm havia pensado que em filmes finos vocêseria capaz de ver essas fases”, diz Fakhraai. "a‰ um novo tipo de material."

Usando a deposição de vapor , os pesquisadores podem criar vidros de filme fino muito densos, correspondentes ao empacotamento dessa nova fase la­quida , com uma densidade muito maior do que se previa ser possí­vel sem aplicar imensas pressaµes. Filmes finos desses vidros podem ter valores de densidade ainda maiores do que os do cristal.

Para confirmar o que estavam vendo, os pesquisadores também obtiveram informações estruturais detalhadas mostrando como as moléculas individuais são embaladas usando equipamentos do Laborata³rio Nacional de Brookhaven. Essa análise ajudou os pesquisadores a confirmar que o que estavam vendo não era apenas um cristal, mas uma fase inteiramente nova no vidro.

Outra hipa³tese com base nos dados que coletaram atéagora éque a capacidade de acessar esta fase única se deve a  geometria do vidro, o que significa que este trabalho pode ter implicações para outros tipos de materiais também. "Estamos desenvolvendo materiais que estãotentando diminuir em termos de escala", diz Jin sobre seu trabalho atual na indústria de ciência de materiais. "Pelo que vemos nos vidros, também pode haver fena´menos interessantes que surgem de outros materiais, como materiais meta¡licos comumente usados ​​em semicondutores, por exemplo."

Os pesquisadores do laboratório de Fakhraai já estãotrabalhando em experimentos de acompanhamento para aprender mais sobre os parametros cruciais que levam a essa transição de fase única. Isso inclui estudar filmes durante o processo de deposição e "ampliar" a regia£o de transição de fase para aprender mais sobre esse fena´meno recanãm-descoberto. Este trabalho também écrucial para obter uma melhor compreensão dos vidros como um todo, diz Fakhraai, onde permanece uma desconexão entre teorias que poderiam fornecer uma plataforma preditiva para o desenvolvimento de novos materiais em aplicações e novas tecnologias.

“Para embalar as vacinas Moderna ou Pfizer, vocêprecisa de um vidro que possa ter temperatura muito baixa e não se quebrar, e o fato de que essa tecnologia existe éum grito de quanto bem podemos projetar a meca¢nica do vidro a granel ”, diz ela. "Nossa esperana§a éque este entendimento fundamental motive mais aplicações e uma melhor capacidade de projetar vidros de filme fino com propriedades aprimoradas de forma semelhante. Se as relações estrutura-propriedade forem compreendidas em filmes finos, podemos fazer melhor por design."