O processo de formação de vidros, propriedades físicas e implicações tecnológicas

Pesquisadores do Grupo de Informação Quântica e Física Estatística da UFOB (Grique/UFOB) têm revelado insights fundamentais sobre o processo de formação de vidros.

Ao propor um modelo de evolução temporal da transição vítrea – passagem de determinada concentração em estado líquido para o estado sólido, que resulta no vidro – os autores apontam (1) para nova possibilidade de explicação dos resultados experimentais obtidas no campo da fabricação do vidro e (2) para a possibilidade de desenvolvimento de nanotecnologias, tecnologias em miniaturas, enriquecendo, dessa forma, o campo em que o vidro já tem revolucionado nossas vidas, a exemplo de TVs de LED e cristal líquido, smartphones e sistemas de iluminação inteligente.

Que propriedades físicas estão envolvidas no processo de formação de vidros? E de que maneira o conhecimento sobre o vidro está presente em nossas vidas? É o que passamos a acompanhar!

A ciência da formação de vidros: um pouco de física 

A ciência do processo de formação de vidros oferece aos pesquisadores uma ampla gama de perguntas, ainda em aberto, combinando a vanguarda de várias áreas, dentre as quais, física, química, geologia, engenharia e matemática.

A física tem revelado aspectos interessantes: vidros são objetos que não possuem uma estrutura atômica regular, tal como podemos observar em materiais sólidos. A formação de um vidro requer que a substância passe por um estado líquido especial, seguido de um processo de solidificação, conhecido por transição vítrea.

Essa transição de um estado líquido especial para o estado sólido tem sido objeto de diversos experimentos, considerando-se a utilidade do vidro em nossas vidas. Contudo, tais experimentos carecem de uma explicação física rigorosa, que faça com que o empreendimento com vidros ultrapasse o campo da tentativa e erro. Ou seja, que deixe de ser uma atividade relegada ao campo empírico.

Transição vítrea: uma nova interpretação

É nesse contexto que, mediante pesquisa básica e a partir de conhecimentos matemáticos já estabelecidos, o Grique/UFOB criou um modelo para descrever a evolução temporal da transição vítrea.

Nossos professores/pesquisadores - Antonio César do Prado Rosa Junior, Clebson Cruz, Wanisson Silva Santana e Elias Brito Alves Junior – identificaram que a transição (líquido/sólido) – a chamada transição vítrea - ainda é relativamente incompreendida, prevalecendo, no campo, o uso das mais diversas técnicas experimentais.

Observam que, na transição vítrea, duas propriedades físicas se destacam como essenciais à compreensão dos mecanismos de formação do vidro: difusividade e viscosidade.  Ao ser objeto exclusivamente de técnicas experimentais, tais propriedades ficam impossibilitadas de serem compreendidas em sua relação com o tempo e com a temperatura, deixando em aberto, o entendimento do que acontece na transição sólido-líquido que resulta no vidro.

A partir do modelo proposto, esse estado de coisas começa a mudar. Segundo os pesquisadores do Grique/UFOB: “somos capazes [com o modelo de transição vítrea proposto] de descrever a dependência dessas propriedades – difusividade e viscosidade – com a temperatura, proporcionando uma nova interpretação física para os resultados experimentais difundidos na literatura especializada”.

 A ciência da formação do vidro em nossas vidas

De que maneira o conhecimento sobre o vidro está presente em nossas vidas? E de que maneira o modelo de transição vítrea pode fazer parte de nosso dia a dia?

Os avanços nas técnicas de preparação de materiais, como vidros, levaram ao surgimento de novos dispositivos eletrônicos, a exemplo de TVs de LED e cristal líquido, smartphones e sistemas de iluminação inteligente. Hoje, a miniaturização dos dispositivos eletrônicos nos conduz ao desenvolvimento de componentes em tamanho molecular. Contudo, projetar componentes moleculares requer um profundo entendimento das suas propriedades físicas (quânticas).

Como indicam os pesquisadores do Grique/UFOB, os resultados encontrados contribuem de maneira significativa para a superação do empirismo, que ainda reina no processo de formação de vidros, em prol de um campo de pesquisa, fundamentado em princípios físicos rigorosos, que permitirão avanços consistentes no campo da formação dos vidros. Além disso, os resultados encontrados permitirão, em nível atômico, o design de novos sistemas funcionais, oferecendo, assim, solução a vários desafios tecnológicos, o que nos conduzirá a outros níveis de desenvolvimento de nanotecnologias (tecnologia em escala atômica e molecular).

É a física influenciando em nossas vidas e contribuindo para o desenvolvimento de setores hoje considerados estratégicos para o desenvolvimento social e tecnológico do nosso país.

Quer saber os detalhes? Se interessou pela ciência de formação dos vidros?

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