Gelo nem sempre é gelo até o fim. Mesmo em temperaturas bem abaixo de zero, sua superfície pode ser revestida por um filme de átomos quase líquidos, com sua espessura geralmente de apenas alguns nanômetros.
O processo de sua formação é conhecido como pré-fusão (ou ‘derretimento da superfície’), e é por isso que seus cubos de gelo podem grudar mesmo no freezer.
Além do gelo, observamos uma camada superficial pré-fundida em uma ampla variedade de materiais com estruturas cristalinas, onde os átomos no interior estão dispostos em uma rede ordenada, como diamantes, quartzo e sal de mesa.
Agora, pela primeira vez, os cientistas observaram o derretimento da superfície de uma substância que está em frangalhos internos: o vidro.
Vidro e gelo podem parecer muito semelhantes, mas geralmente são muito diferentes na escala atômica. Onde o gelo cristalino é bom e arrumado, o vidro é o que chamamos de sólido amorfo: não tem estrutura atômica real. Em vez disso, seus átomos são meio amontoados desordenadamente, mais como você esperaria ver em um líquido.
Isso, como você pode esperar, torna muito mais difícil identificar um filme pré-fundido quase líquido na superfície do vidro.
A detecção dessa camada líquida peluda geralmente é feita por experimentos envolvendo espalhamento de nêutrons ou raios X, que são sensíveis à ordem atômica.
Gelo sólido é pedido; o derretimento da superfície é menor. No vidro, é tudo uma bagunça, então a dispersão não seria uma ferramenta particularmente útil.
Os físicos Clemens Bechinger e Li Tian, da Universidade de Konstanz, na Alemanha, adotaram uma abordagem diferente. Em vez de sondar um pedaço de vidro atômico, eles criaram algo chamado vidro coloidal – uma suspensão de esferas de vidro microscópicas suspensas em um líquido que se comporta como os átomos do vidro atômico.
Como as esferas são 10.000 vezes maiores que os átomos, seu comportamento pode ser visto diretamente ao microscópio e, portanto, estudado com mais detalhes.
Usando microscopia e espalhamento, Bechinger e Tian examinaram de perto seu vidro coloidal e identificaram os sinais de derretimento da superfície; ou seja, as partículas na superfície estavam se movendo mais rápido do que as partículas no vidro a granel abaixo dela.
Isso não foi inesperado. A densidade do vidro a granel é maior que a densidade da superfície, o que significa que as partículas da superfície literalmente têm mais espaço para se mover. No entanto, em uma camada abaixo da superfície, com até 30 diâmetros de partículas de espessura, as partículas continuam a se mover mais rapidamente do que o vidro a granel, mesmo quando atingem densidades de vidro a granel.
“Nossos resultados demonstram que a fusão da superfície dos vidros é qualitativamente diferente em comparação com os cristais e leva à formação de uma camada vítrea na superfície”, escrevem os pesquisadores em seu artigo.
“Esta camada contém aglomerados cooperativos de partículas altamente móveis que são formadas na superfície e que proliferam profundamente no material por várias dezenas de diâmetros de partículas e muito além da região onde a densidade de partículas satura”.
Como a fusão da superfície altera as propriedades da superfície de um material, os resultados oferecem uma melhor compreensão do vidro, que é extremamente útil em uma variedade de aplicações, mas também bastante maluco.
Por exemplo, a alta mobilidade da superfície pode explicar por que filmes poliméricos finos e vítreos metálicos têm alta condutividade iônica em comparação com filmes espessos. Já estamos colocando essa propriedade em uso em baterias, onde esses filmes atuam como condutores iônicos.
Uma compreensão mais profunda dessa propriedade, o que a causa e como ela pode ser induzida ajudará os cientistas a encontrar maneiras otimizadas e até novas de usá-la.
Publicado em 14/11/2022 13h06
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