Pesquisadores brasileiros desenvolvem vidro especial de alta tecnologia utilizando nióbio 

Pesquisadores brasileiros desenvolveram um novo método para a produção de vidro. Agora, o Nióbio é acrescentado, podendo mudar o rumo do setor tecnológico.

Os vidros de alta qualidade estão praticamente em todos os lugares do nosso cotidiano, das telas dos smartphones aos componentes de microscópios e telescópios voltados para a pesquisa científica, além das fibras ópticas voltadas à transmissão de dados e até órteses vitrocerâmicas cada vez mais utilizadas na medicina. Com foco em inovar ainda mais, pesquisadores brasileiros desenvolveram uma técnica que possibilita melhorar a estabilidade mecânica e térmica dos chamados vidros especiais utilizando nióbio.

Novo vidro utiliza Nióbio em sua composição

Henrik Bradtmuller e outros pesquisadores do Centro de Pesquisa, Educação e Inovação em Vidros (CERTEV) sediado na Universidade Federal de São Carlos, mostraram, pela primeira vez, que o uso de óxido de nióbio na produção dos vidros à base de silício gera uma enorme diferença, resultando na polimerização da rede de silício, ampliando a densidade das ligações e a conectividade do material.

Além disso, teores mais altos de nióbio levam ao agrupamento do óxido, ampliando a polarizabilidade eletrônica do vidro, com um impacto essencial em suas propriedades ópticas, segundo os pesquisadores.

A qualidade superior do novo vidro com nióbio foi atestada por uma união de modelos computacionais com análises experimentais, utilizando espectrosccopia por ressonância magnética nuclear e espectroscopia Raman.

Segundo Bradtmuller, a estratégia dos pesquisadores, unindo estas duas técnicas observacionais no novo vidro com modelagem computacional, poderá ser utilizada para estudar elementos funcionais de vários outros tipos de vidro, incluindo materiais ópticos, condutores vítreos de íons rápidos, vidros bioativos.

A iniciativa facilitará o design de formulações de vidro inovadoras, adaptadas a várias aplicações. Para suprir as aplicações avançadas em dispositivos de alta tecnologia, os pesquisadores de materiais estão focando no design de vidros com propriedades ajustadas para cada aplicação, utilizando principalmente recursos computacionais como aprendizado de máquina.

Adição de Nióbio no vidro gera uma espécie de polimerização da rede de silício-oxigênio

Para atender as aplicações avançadas é necessário dois fatores críticos, sendo eles gerar bases de dados abrangentes e confiáveis e definir parâmetros estruturais que consideram a complexa natureza físico química do vidro e suas propriedades funcionais. É aqui que entra a principal contribuição da equipe brasileira.

Para Bradtmuller, há uma classe de óxidos, chamados de intermediários, que exerce um papel estratégico neste novo momento da tecnologia. Eles não formam vidros sob condições-padrão de resfriamento em laboratório. Outrossim, na presença de outros óxidos, podem contribuir significativamente, gerando pontes de hidrogênio e conferindo ao vidro formado propriedades de interesse. É o caso do óxido de nióbio.

Os vidros que contém nióbio são valorizados por suas propriedades ópticas não-lineares, com aplicações potenciais em dispositivos optoelétricos, assim como por suas propriedades mecânicas, sendo utilizados na confecção de materiais bioativos.

Entretanto, foi a equipe brasileira de pesquisadores que descobriu que a adição do nióbio gera uma espécie de polimerização da rede de silício-oxigênio, ampliando a conectividade dos elementos componentes do vidro, o que torna o nióbio um formador de rede. Enquanto nos vidros silicatos, na escala de 5 a 10 nanômetros , íons de lítio se distribuem de forma aleatória, o nióbio tende a formar aglomerados, um tipo de arranjo estrutural que jamais havia sido observado.

Por que o estudo com nióbio não foi pensado antes?

Bradtmuller conclui que, apesar dos vários estudos com Nióbio já terem sido realizados, o papel estrutural do nióbio permanecia obscuro, principalmente por conta da falta de dados sistemáticos da caracterização espectroscópica. Foi dessa falta de conhecimento que o estudo dos pesquisadores preencheu.

Além dos pesquisadores brasileiros, cientistas da Pensilvânia desenvolveram um novo vidro que é 10 vezes mais resistente a quebras e trincas. O produto é muito menos poluente, gasta menos energia, e pode tornar a produção de vidro sustentável a um longo prazo.