Materiais Avançados

Filtragem atômica: Metamaterial pode separar átomos

Filtragem atômica: Metamaterial pode separar átomos
O metamaterial (círculo) separa os gases em perfis de concentração muito claros. [Imagem: Martin Maldovan/Juan Manuel Restrepo-Flórez]

Separação atômica

As propriedades únicas dos metamateriais têm sido usadas para camuflar objetos, escondê-los de vibrações, ondas de pressão e calor e até de terremotos.

Agora, Juan Restrepo-Flórez e Martin Maldovan, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA, querem adicionar um outro uso para esses materiais projetados artificialmente: uma técnica de separação química direcional que permite esconder um composto enquanto se concentra outro.

Os pesquisadores acreditam que manipular a transferência de massa usando metamateriais pode reduzir a energia necessária para determinadas reações químicas e biomoleculares.

A proposta é usar materiais plásticos especialmente projetados para dirigir o fluxo de átomos tirando partido das suas propriedades físicas específicas.

Eles já fizeram os cálculos detalhados de como usar a técnica para separar uma mistura de nitrogênio e oxigênio - camuflando o nitrogênio e concentrando o oxigênio.

"Vamos controlar a forma como os átomos atravessam o metamaterial, em que direção eles vão. Ao projetar a difusividade dos metamateriais, podemos fazer os átomos de um composto irem por um caminho, e os átomos de um outro composto seguirem de forma diferente. Nós estamos manipulando as propriedades físicas para controlar a direção que os átomos tomam através do revestimento de metamaterial," explicou Maldovan.

Filtragem atômica

A técnica terá aplicações em áreas como a síntese de produtos químicos, o crescimento de cristais de semicondutores, a recuperação de resíduos de solutos biológicos ou químicos e até na produção de rins artificiais, já que a técnica é essencialmente uma nova forma de filtragem - eventualmente a filtragem mais eficiente que se possa fazer, já que operará em nível atômico.

Além de separar os átomos, a capacidade dos metamateriais para concentrá-los permitirá a construção de sensores para detectar quantidades-traço de qualquer elemento, essencialmente amplificando o sinal químico disponível.

Embora a ideia ainda precise ser comprovada experimentalmente, praticamente todas as propostas teóricas feitas até agora com os metamateriais se mostraram factíveis, por mais estranhas que parecessem à primeira vista.

O plano da dupla para demonstrar sua proposta na prática é construir os metamateriais usando quatro tipos diferentes de polímeros, dois com alta difusividade e dois com baixa difusividade. O tamanho e os padrões dos blocos feitos na superfície de cada material serão determinados por algoritmos matemáticos para interagir com as propriedades específicas dos átomos dos compostos a serem trabalhados.

Bibliografia:

Mass Separation by Metamaterials
Juan Manuel Restrepo-Flórez, Martin Maldovan
Nature Scientific Reports
Vol.: 6: 21971
DOI: 10.1038/srep21971




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