Simulação Computacional de Materiais

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Simulações computacionais são importantes ferramentas para a área, visto que podem explicar inúmeros fenômenos observados experimentalmente, bem como propor novos fenômenos e novos experimentos. Diversos projetos de pesquisa vinculados ao Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados focam no estudo de materiais de um ponto de vista computacional. A UFABC possui uma grande infraestrutura computacional para dar suporte a estes pesquisadores e seus alunos, incluindo um data center dedicado com mais de 3000 processadores disponíveis para utilização. Os trabalhos desenvolvidos cobrem diversos temas distintos, indo desde o estudo de materiais cristalinos, passando por materiais bidimensionais (2D), e chegando a modelagem de processos bioquímicos complexos importantes que ocorrem dentro das células humanas. Realmente, a nanotecnologia tem aplicações que ultrapassam as fronteiras dos materiais convencionais.

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Simulação de novos materiais autorregenerativos é destaque da edição do Journal of Computational Chemistry

Materiais inteligentes, cujas propriedades e respostas podem ser projetadas de acordo com estímulos externos, podem ser aplicados nas mais diversas áreas, desde biomateriais até na engenharia aeroespacial. Dentre os novos materiais inteligentes, os materiais autorregenerativos têm uma posição de destaque devido à sua capacidade de regenerar como resposta às perturbações externas ou condições ambientais, como luz, mudança de pH e calor. Assim, podem levar à prevenção e até mesmo gerenciamento de danos que ocorrem em várias aplicações.

A regeneração autônoma pode ser alcançada em materiais poliméricos por diferentes mecanismos; uma possibilidade (chamada regeneração intrínseca) é o uso de ligações dinâmicas, uma classe de ligações que podem quebrar e reformar seletivamente em condições de equilíbrio. A obtenção de um material que pode autorregenerar em condições ambiente é uma grande promessa e desafio na ciência dos materiais inteligentes. A ligação covalente dinâmica da diarilbibenzofuranona (DABBF) é uma solução promissora, mas caso reaja com oxigênio não apresentará a autorregeneração.

Na página 2675 do volume 38, edição 31, G.R. Schleder, J.T. Arantes e A. Fazzio estudaram a formação da ligação dinâmica do DABBF contra a oxidação usando a teoria do funcional da densidade (DFT), mostrando que a reação de autorregeneração é favorecida.

A imagem da capa mostra o DABBF, oxigênio, arilbenzofuranona (ABF) e seus orbitais de fronteira.
O estudo completo pode ser acessado em https://doi.org/10.1002/jcc.24899. (DOI: 10.1002/jcc.24899)

Em um outro trabalho recente, o grupo do Prof. Gustavo M. Dalpian estudou as propriedades de fases deficientes em oxigênio do TiO2, observando que este material seria potencialmente interessante para a armazenagem de cargas. Esse tipo de material é encontrado usualmente nos memoristores, que são novos dispositivos eletrônicos capazes de armazenar informação em seu estado de resistência. Uma reportagem completa acerca desse interessante dispositivo fora realizadas pela Fapesp na edição 247 de Setembro 2016.

Em trabalho publicado na revista Scientific Reports do grupo Nature, o grupo demonstrou que esses materiais, conhecidos como fases Magnéli do TiO2, possuem uma banda intermediária que possui características semelhantes àquelas de níveis de defeito, podendo então ser usados para o armazenamento de carga. Na figura abaixo, mostramos a localização destas cargas quando adicionadas ao material.

Leia o artigo na integra em Charge storage in oxygen deficient phases of TiO2: defect Physics without defect




De acordo com simulações realizadas por físicos da Universidade de São Paulo (USP) e do Instituto Politécnico Rensselaer, nos Estados Unidos um novo tipo de material especial, capaz de conduzir eletricidade em sua superfície, não em seu interior, poderia ganhar versatilidade – e conduzir eletricidade em várias direções e com níveis de energia diferentes – após ser colocado em contato com um material semicondutor de eletricidade usado há décadas em computadores, foi descoberto. O trabalho apresentando esse sistema e suas propriedades interessantes não só para o entendimento do mecanismo de transporte elétrico, mas também para aplicações tecnológicas foi publicado na revista Nature Communications.

 

Direções possíveis dos spins da corrente elétrica: As setas indicam os vários sentidos dos spins na superfície de contato entre o arseneto de gálio e o seleneto de bismuto, como resultado da interação entre os materiais. Cada círculo representa níveis diferentes de energia dos elétrons.

 

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