Os inventores japoneses criaram piezoelétricos aprimorados - cristais transparentes que serão úteis no desenvolvimento de tecnologia de nova geração.
Alguns materiais cristalinos mudam de forma quando são atingidos por um choque elétrico. Os cientistas usam esses chamados piezoelétricos na medicina ultrassônica há décadas: os materiais baseados neles são tão sensíveis que podem detectar o movimento das ondas sonoras que passam pelos tecidos. Pesquisadores descobriram recentemente uma nova maneira de criar poderosos piezoelétricos transparentes que poderiam não apenas melhorar a qualidade das fotografias médicas, mas também criar robôs invisíveis e telas sensíveis ao toque que ativam quando tocadas sem baterias de terceiros.
Os piezoelétricos são compostos de muitos cristalitos minúsculos ou cristais únicos de vários materiais, incluindo cerâmicas e polímeros. Em ambos os casos, a mistura de átomos se transforma em uma unidade cristalina simples - geralmente com alguns átomos de tamanho - que se repete indefinidamente. Dentro de cada um desses blocos de construção, os átomos estão localizados no que é chamado de dipolo elétrico, com muitas cargas positivas de um lado e muitas cargas negativas do outro.
Aplicar pressão a esses materiais pode alterar sutilmente a posição dos átomos, o que é suficiente para reorganizar as cargas e gerar voltagem elétrica. A aplicação de tensão elétrica tem o efeito oposto, fazendo com que o material se expanda em uma direção e se contraia na outra.
Esta propriedade torna os piezoelétricos extremamente úteis em uma ampla variedade de aplicações. O bioengenheiro Sri Rajasekhar Kotapalli observa que os dispositivos piezoelétricos fazem parte de tudo, desde isqueiros e botões de churrasqueiras até os sistemas de precisão dos microscópios modernos.
Eles também são necessários para imagens fotoacústicas, em que um dispositivo piezoelétrico denominado transdutor é usado para detectar ondas ultrassônicas emitidas por tecidos moles quando a luz de um laser é absorvida. Diferentes moléculas - da hemoglobina à melanina - absorvem frequências diferentes, de modo que os médicos podem visualizar diferentes tipos de tecido para procurar problemas de saúde. No entanto, os transdutores opacos lançam uma pequena sombra, o que significa que o tecido diretamente abaixo deles não pode ser exibido. Para contornar esse problema, os pesquisadores criaram transdutores usando piezoelétricos transparentes, mas até agora esses materiais têm sido muito fracos e pouco confiáveis para finalmente resolver o problema.
Vários anos atrás, pesquisadores no Japão descobriram uma maneira engenhosa de criar piezoelétricos transparentes. Seu material de escolha, um composto de niobato de chumbo e titanato de chumbo (PMN-PT), era um ferroelétrico que alimenta naturalmente dipolos elétricos. Os pesquisadores já converteram esses materiais em piezoelétricos, expondo-os a uma corrente elétrica CC. Mas a equipe japonesa descobriu que expô-los à corrente alternada - daqueles fornecidos para residências e empresas - gera uma carga poderosa de piezoeletricidade. “É como balançar o cristal para frente e para trás”, explica Long-Qing Chen, um cientista computacional da Pensilvânia. Tal sacudida poderia dobrar as propriedades piezoelétricas do cristal, como a equipe japonesa anunciou em 2011.
PMN-PT é geralmente opaco porque grupos individuais de dipolos espalham luz em todas as direções. Usando corrente alternada, a equipe aplainou os dipolos, depois aqueceu e poliu o material para propriedades transparentes e piezoelétricas 50 vezes mais poderosas do que os materiais piezoelétricos transparentes convencionais. O resultado do trabalho é apresentado na revista Nature.
Vídeo promocional:
Os piezoelétricos aprimorados podem ser usados para fazer dispositivos de imagem fotoacústica mais sensíveis que podem ajudar os médicos em tudo, desde a detecção de câncer de mama e melanoma até o monitoramento do fluxo sanguíneo para tratar doenças vasculares. Os pesquisadores relatam que esse progresso também pode inspirar engenheiros a criar atuadores transparentes para robótica invisível e telas que são ativadas por toque.
Vasily Makarov
