Cientistas identificaram um óxido metálico com a fórmula SrFe0.5Co0.5O2.5 - abreviado como SFCO - capaz de “respirar”: absorve átomos de oxigénio e volta a libertá-los a temperaturas relativamente baixas, sem se partir nem colapsar.
Óxidos de metais de transição e o controlo por oxigénio
A relevância desta descoberta está no facto de estes compostos, conhecidos como óxidos de metais de transição, poderem ser reconfigurados através do teor de oxigénio. Ao adicionar ou remover átomos de oxigénio, alteram-se propriedades do material, incluindo a magnetização e a condutividade elétrica.
Como prova de conceito, este trabalho sugere um novo nível de controlo sobre o comportamento de materiais frequentemente utilizados em eletrónica, sistemas de energia limpa e até em edifícios, recorrendo simplesmente ao oxigénio presente no gás circundante.
SFCO (SrFe0.5Co0.5O2.5): o “fôlego” mexe apenas com o cobalto
O SFCO é constituído por estrôncio, ferro e cobalto. No entanto, durante este processo de “respiração”, os investigadores observaram que as alterações químicas ocorreram apenas nos átomos (iões) de cobalto. Isto indica a possibilidade, no futuro, de ajustar materiais com maior precisão, direcionando mudanças a elementos específicos dentro da mesma rede cristalina.
“Esta descoberta é impressionante por duas razões”, afirma o físico Hyoungjeen Jeen, da Universidade Nacional de Pusan, na Coreia do Sul.
“Apenas os iões de cobalto são reduzidos, e o processo leva à formação de uma estrutura cristalina totalmente nova, mas estável.”
O que acontece quando o oxigénio sai (e quando regressa)
À medida que o oxigénio foi retirado de folhas extremamente finas do material, o SFCO passou a apresentar: - maior transparência; - maior capacidade de isolamento elétrico, ou seja, a resistência elétrica aumentou; - uma expansão ligeira da estrutura cristalina (o retículo ficou um pouco maior).
Um ponto adicional destacado pela equipa é que o mecanismo é reversível: não só é possível remover oxigénio, como o SFCO retoma o estado inicial quando o oxigénio volta a estar disponível. Para a engenharia de materiais, esta reversibilidade é particularmente valiosa, porque permite ciclos de comutação entre estados sem destruição do composto.
Embora os investigadores já antecipassem que o SFCO pudesse exibir mudanças interessantes de estado, não esperavam rearranjos tão completos provocados pela entrada e saída de oxigénio.
“É como dar pulmões ao cristal, e ele consegue inspirar e expirar oxigénio sob comando”, descreve Jeen.
Aplicações: células de combustível de óxido sólido e além
Uma utilização promissora está nas células de combustível de óxido sólido, que geram eletricidade a partir de hidrogénio. Estes dispositivos dependem precisamente de materiais capazes de absorver e libertar oxigénio de forma estável, reversível e com um grau de viabilidade prática - características demonstradas aqui.
Para além da produção de energia, a capacidade de controlar o teor de oxigénio num óxido de metais de transição pode ser relevante para sensores de oxigénio e para componentes eletrónicos em que a condutividade e outros parâmetros possam ser ajustados dinamicamente. Em termos tecnológicos, a ideia de “programar” um material com gás abre possibilidades para sistemas que alteram o seu desempenho sem substituição de peças, apenas com mudanças controladas do ambiente.
Limitações atuais e o que falta para chegar ao mundo real
Apesar de a equipa sublinhar que as condições utilizadas são relativamente comuns para este tipo de experiências, continua a tratar-se de ambientes laboratoriais muito específicos, cuidadosamente controlados e sem interferências externas. Tornar este comportamento robusto fora do laboratório - com variações de impurezas, humidade, ciclos prolongados e condições operacionais reais - é um desafio natural para estudos futuros.
Ainda assim, o resultado representa um avanço importante para quem procura materiais que possam ser programados com precisão e alternar entre diferentes estados sem dano estrutural, abrindo a porta a novas descobertas baseadas neste mesmo princípio.
“Este é um grande passo para concretizar materiais inteligentes capazes de se ajustarem em tempo real”, afirma o químico Hiromichi Ohta, da Universidade de Hokkaido, no Japão.
A investigação foi publicada na revista científica Comunicações da Natureza.
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