Imagine uma bateria do seu carro elétrico que, em vez de se degradar com o tempo, pudesse ser totalmente restaurada ao seu estado original com uma simples recarga. Parece ficção científica, mas uma descoberta revolucionária pode tornar este cenário realidade, ao mesmo tempo que vira do avesso algumas regras fundamentais da física.
Um mundo ao contrário: encolher com o calor e expandir sob pressão
Cientistas da Universidade de Chicago e da UC San Diego descobriram um grupo de materiais com um comportamento que desafia a intuição e as leis da termodinâmica. Num estudo publicado na prestigiada revista Nature, a equipa descreve como estes materiais, quando aquecidos, em vez de expandirem, na verdade encolhem.
Este fenómeno, conhecido como expansão térmica negativa, foi registado com um valor de -14.4(2) × 10⁻⁶ °C⁻¹, contrariando teorias estabelecidas há muito. "Quando aquecido, o material encolhe em vez de expandir", afirma a professora Shirley Meng, autora sénior do estudo.
Mas as surpresas não ficam por aqui. Quando submetidos a uma pressão extrema, comparável à encontrada nas placas tectónicas da Terra, estes materiais expandem-se em vez de serem comprimidos. "A compressibilidade negativa é como a expansão térmica negativa", explica o professor Minghao Zhang. "Se comprimir uma partícula do material em todas as direções... ela vai expandir-se."
A magia elétrica: como "formatar" uma bateria
A descoberta mais promissora está na capacidade de reverter estes estados invulgares. Os materiais em questão, conhecidos como materiais de "redox de oxigénio" (OR), são promissores para aumentar a capacidade das baterias, mas sofrem tipicamente de problemas de instabilidade. A equipa descobriu que, ao aplicar uma carga elétrica específica, é possível forçar o material a regressar à sua estrutura original e impecável.
Esta capacidade de "reset" tem um potencial imenso para a tecnologia de baterias, especialmente no setor dos veículos elétricos. "Quando usamos a voltagem, conduzimos o material de volta ao seu estado puro. Recuperamos a bateria", explica Zhang. A sua visão é entusiasmante: "Basta fazer esta ativação por voltagem... o seu carro será um carro novo. A sua bateria será uma bateria nova."
Aplicações para além dos veículos elétricos
O impacto desta investigação pode estender-se muito para além das baterias. A capacidade de controlar a expansão e contração de materiais abre portas para o desenvolvimento de componentes com expansão térmica zero. Estes seriam extremamente úteis em inúmeras áreas, desde a construção civil à indústria aeroespacial.
"Pense em qualquer edifício, por exemplo. Não queremos que os materiais que compõem os diferentes componentes mudem de volume com frequência", salienta Zhang.
A equipa de investigação pretende agora aprofundar o conhecimento sobre como a química redox pode ser utilizada para controlar estes efeitos e expandir as suas aplicações práticas. O objetivo final, segundo o coautor Bao Qiu, é claro: "Um dos objetivos é levar estes materiais da investigação para a indústria." Esta descoberta não só oferece uma nova classe de materiais, como inaugura uma nova forma de pensar o design, onde a energia não serve apenas para alimentar dispositivos, mas para remodelar os próprios blocos de construção da matéria.
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