Em dezembro de 2019 o Prof. Giovani M. Faccin da UFGD veio para o IFGW- Unicamp para uma vista de um ano junto ao grupo do Prof. Edison Z. da Silva no DFMC. A visita presencial em Campinas foi interrompida pelo fechamento da universidade em março de 2020. A visita que seria de um ano continuou de forma remota e o trabalho foi desenvolvido com reuniões usando ferramentas da internet. Se juntou ao projeto o Prof. Zenner Pereira da UFRN.
Um dos resultados desta visita e deste esforço foi o trabalho How Crystallization Affects the Oriented Attachment of Silver Nanoparticles, publicado em destaque na revista The Journal of Physical Chemistry C na edição de 01 de abril de 2021, ilustrado na figura.
A motivação para o estudo se iniciou com a observação experimental, por outros grupos de pesquisa, de que alguns destes nanomateriais apresentam uma organização cristalina atípica, inexistente em materiais convencionais. Nesta organização, defeitos periódicos e padronizados separam domínios cristalinos, fato que pode ser aproveitado para a construção de dispositivos. Por exemplo, em 2012, um destes produtos, com o formato de grão de arroz, foi utilizado para a construção de uma antena plasmônica para a detecção de DNA com sensibilidade suficiente para distinguir mutações em uma única base de toda uma cadeia de DNA. Esta antena apresentou resolução 10 vezes maior que a melhor alternativa existente até então.
Enquanto estes avanços práticos ocorriam nos laboratórios, algumas questões permaneciam sem resposta:
- Por que estes materiais se formam desta maneira?
- O que são os defeitos periódicos peculiares presentes nas nanoestruturas sintetizadas?
- É possível direcionar estes processos rumo a um resultado desejado?
Em busca de contribuir para as respostas destas perguntas, foi empregada a simulação computacional para estudar a interação entre modelos de nanocristais de prata similares aos observados experimentalmente. Foram executados 160 ensaios computacionais, equivalentes a experimentos virtuais, operacionalizados em supercomputadores. Após quatro meses de processamento de dados, os experimentos computacionais produziram eventos suficientes para a observação detalhada da formação da interface entre nanocristais de prata, possibilitando descrever a evolução das mesmas até a formação dos defeitos cristalinos observados nas experiências de laboratório. O estudo revelou que os fenômenos físicos que levam à síntese experimental de mesocristais contendo os defeitos observados experimentalmente derivam da emergência e inter-relação de dois processos metalúrgicos: a transformação martensítica e discordâncias parciais de Shockley (destacados na figura), os quais, em ação, coordenam a auto-agregação dos nanocristais estudados rumo às estruturas observadas experimentalmente.
O artigo:
How Crystallization Affects the Oriented Attachment of Silver Nanoparticles.
Giovani M. Faccin, Zenner S. Pereira, and E. Z. da Silva.
J. Phys. Chem. C 125, 12, 6812–6820, (2021).
DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c10321