Materiais raros podem ser sintetizados a partir de elementos abundantes

Cientistas japoneses apresentaram uma nova estratégia para lidar com a chamada “crise dos elementos raros”.

Essa crise foi deflagrada pela crescente demanda por elementos como o lítio, usado em baterias, e pelos elementos da família das terras raras, como o disprósio e o neodímio, usados em ímãs permanentes de discos rígidos e geradores solares.

Estratégia dos elementos onipresentes

Há poucos dias, uma equipe da Universidade de Tóquio anunciou a descoberta grandes depósitos de minerais de terras raras no Oceano Pacífico.

Mas Hideo Hosono e seus colegas do Instituto de Tecnologia de Tóquio acreditam ter uma solução mais pronta: sintetizar os elementos raros a partir de elementos mais abundantes.

Chamada por eles de “estratégia dos elementos onipresentes”, a técnica consiste em sintetizar materiais industrialmente importantes, sejam eletrônicos, termiônicos ou estruturais, usando materiais de baixo custo disponíveis comercialmente.

E eles já começaram a fazer isto na prática: a equipe descreveu suas pesquisas na síntese e aplicações de óxidos baseados em um conjunto dos 20 a 30 elementos mais abundantes, incluindo silício, alumínio, cálcio, sódio e magnésio.

A chave para essa estratégia dos elementos onipresentes é um conhecimento profundo do papel que cada um dos elementos desempenha nas propriedades físicas dos materiais, um conhecimento que está se tornando disponível a partir das pesquisas com nanopartículas desses materiais.

Cerâmicas de alta tecnologia

O grupo descreve a síntese, as propriedades e as aplicações de memórias não-voláteis, emissores de campo eletrônicos e materiais fotoemissores a partir de uma cerâmica (12CaO*7Al2O3 [C12A7]).

Os pesquisadores citam também a produção de oxigênio ionizado, que é importante para a indústria eletrônica na fabricação de diodos de silício sobre semicondutores – o método tradicional usa uma ação catalítica da platina, um metal cada vez mais escasso e caro.

O método substituto produz grandes quantidades de oxigênio atômico pelo aquecimento por incandescência de um tubo de 2 milímetros de diâmetro feito de zircônia, uma cerâmica, dopada com óxido de ítrio.

Na área de materiais estruturais, outra cerâmica (3Al2O3*2SiO2) mostrou-se superior às ligas de alumínio usadas na construção dos envoltórios externos de espaçonaves e satélites espaciais.

Já a SrTiO3/TiO2 mostrou um incremento de cinco vezes no efeito Seebeck em relação ao material bruto – o efeito Seebeck é o efeito apresentado pelos materiais termoelétricos, que transformam calor diretamente em eletricidade.

Foco nas cerâmicas

Os exemplos citados no artigo – uma lista bastante longa – resultam tanto de pesquisas do próprio grupo quanto de outros pesquisadores.

Isso mostra que a estratégia dos elementos onipresentes já é uma realidade, e só precisa ser encarada como um método de pesquisas para que novos substitutos dos elementos raros sejam encontrados.

E, a julgar pelos desenvolvimentos já alcançados, as cerâmicas passarão a ser alvos de pesquisa cada vez mais interessantes.

Bibliografia – New functionalities in abundant element oxides: ubiquitous element strategy. Hideo Hosono, Katsuro Hayashi, Toshio Kamiya, Toshiyuki Atou, Tomofumi Susaki. Science and Technology of Advanced Materials, Vol.: 12 (2011) p. 034303. DOI: 10.1088/1468-6996/12/3/034303

Fonte – Site Inovação Tecnológica de 19 de julho de 2011