Sensação científica: pesquisadores húngaros descobrem novo estado da matéria
Pesquisadores do HUN-REN Wigner Research Centre for Physics descobriram um novo estado da matéria, no qual gotículas líquidas se comportam como partículas em movimento ativo e interagindo sob a influência de um campo elétrico. Suas descobertas podem abrir novos caminhos na tecnologia de precisão.
Os pesquisadores Péter Salamon e Marcell Tibor Máthé do HUN-REN Wigner Research Centre for Physics têm estudado um tipo especial de líquido descoberto recentemente, conhecido como cristais líquidos nemáticos ferroelétricos. Eles observaram que a superfície de gotículas de líquido nemático ferroelétrico se torna instável em um campo elétrico, formando extensões líquidas semelhantes a fractais.
O que é um líquido nemático ferroelétrico?
Materiais nemáticos ferroelétricos são compostos de moléculas alongadas e assimétricas que são altamente polares, o que significa que suas duas extremidades carregam cargas elétricas opostas – uma positiva e uma negativa. A singularidade e raridade da fase nemática ferroelétrica residem no fato de que seu arranjo molecular não cancela as distribuições de carga individuais. Em vez disso, as polarizações moleculares se somam, resultando em uma polarização elétrica espontânea do material. Embora a analogia não seja perfeita, os líquidos nemáticos ferroelétricos podem ser considerados as contrapartes elétricas dos fluidos magnéticos (ferrofluidos). Embora sua existência tenha sido prevista há mais de um século, foi somente em 2017 que os cientistas sintetizaram com sucesso tal material pela primeira vez.
Durante a pesquisa, os cientistas observaram que quando uma voltagem mais alta era aplicada às gotículas de líquido, seu comportamento se tornava ainda mais extremo: elas perdiam o formato de gotícula e formavam estruturas complexas, semelhantes a labirintos. Os pesquisadores também descobriram que quando uma voltagem alternada era aplicada dentro de uma faixa de frequência específica, as gotículas começavam a se mover enquanto mudavam de forma. Durante o movimento, as gotículas se repeliam e colidiam como partículas, assemelhando-se a objetos ativos, como insetos, micróbios ou microrrobôs. Os pesquisadores também conseguiram controlar o movimento das gotículas usando voltagem, sugerindo aplicações potenciais em novos tipos de dispositivos microfluídicos. Essa descoberta pode ter benefícios práticos em campos como diagnósticos médicos, análises químicas e biotecnologia.
Os pesquisadores também observaram que esse movimento era acompanhado por emissão sonora. O fenômeno surpreendente foi explicado por meio de análise espectral do som, que indicou que as gotículas sofrem vibrações mecânicas quando expostas à voltagem alternada. As frequências características dessas vibrações correspondiam à frequência do sinal de condução e seu segundo harmônico. Os pesquisadores publicaram suas descobertas no prestigiado periódico Nature Communications.
Gotas nemáticas ferroelétricas de Wigner
Os pesquisadores também estudaram cristais líquidos nemáticos ferroelétricos em colaboração com o professor Antal Jákli da Kent State University (EUA). Por meio dessa parceria, eles foram os primeiros no mundo a demonstrar o fenômeno da piezoeletricidade inversa em líquidos tridimensionais. A essência desse efeito é que quando a voltagem é aplicada a um líquido nemático ferroelétrico, o material exibe deslocamento mecânico proporcional à voltagem aplicada. O fenômeno também funciona ao contrário: a deformação mecânica gera cargas elétricas na superfície do material. Na faixa de frequência kHz, a constante de acoplamento piezoelétrico do material estudado excede 1 nC/N, o que significa que uma força de um newton gera pelo menos um nanocoulomb de carga. Esse valor é comparável ao dos materiais sólidos piezoelétricos mais fortes, destacando as propriedades piezoelétricas excepcionais do líquido estudado, apesar de não estar em estado sólido, o comunicados à CMVM disse.
Entender a resposta eletromecânica de cristais líquidos nemáticos ferroelétricos permite a coleta de energia mecânica e abre caminho para o desenvolvimento de atuadores líquidos, microposicionadores e lentes ópticas eletricamente ajustáveis. Os pesquisadores publicaram suas descobertas no prestigiado periódico Advanced Functional Materials.
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