Pesquisadores demonstraram um método de recristalização de gelo em temperaturas abaixo de zero que forma aerogéis e revestimentos metálicos de alta entropia com mistura uniforme de elementos, eliminando a necessidade de altas temperaturas que costumam colapsar estruturas porosas.
O estudo, publicado na revista Nature Synthesis, mostra que a técnica produz nanopartículas, aerogéis e filmes ultrafinos contendo até 11 metais diferentes. A abordagem utiliza duas soluções: uma de sais metálicos variados e outra de borohidreto de sódio. Cada solução é congelada rapidamente sobre uma placa a 77 K, gerando gelo vítreo sem estrutura cristalina. Ao empilhar as camadas congeladas, não ocorre reação imediata, pois os reagentes permanecem aprisionados no sólido.
A química se inicia quando o conjunto é aquecido a temperaturas ainda negativas. À medida que o gelo vítreo se transforma em cristais, formam-se filmes líquidos ultrafinos — canais pré-fundidos — onde íons metálicos e moléculas redutoras se deslocam lentamente. Esse contato gradual evita variações bruscas de composição e favorece a nucleação de sementes nanométricas com distribuição elementar homogênea, característica essencial das ligas de alta entropia.
Essas sementes aderem às superfícies dos cristais de gelo, alterando o crescimento do gelo e criando interfaces estáveis que capturam mais partículas. Com o avanço do processo, as nanopartículas se fundem em redes contínuas. Como todo o passo ocorre a baixa temperatura, não há sinterização que provoque separação de fases, e a uniformidade multimetálica permanece preservada. Após o degelo e a secagem por liofilização, surge um aerogel metálico poroso e leve.
Ajustando temperatura e tempo de recristalização, o grupo produziu aerogéis com cinco, sete, nove e 11 elementos. Um dos exemplos reúne Pt, Au, Ag, Cu, In, Pd, Rh, Ru, Co, Bi e Ni, apresenta densidade de 61,8 mg/cm3 e ligamentos médios de 4,3 nm, exibindo rede cúbica de face centrada e distribuição uniforme de todos os metais.
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O mesmo conceito possibilitou revestir aerogéis já formados. Um aerogel de ouro serviu de suporte para receber, em canais de gelo, uma casca de liga com dez metais (Pt, Ag, Cu, In, Pd, Rh, Ru, Co, Bi, Ni) de aproximadamente 1 nm de espessura. Estruturas semelhantes foram obtidas sobre aerogéis de prata, cobre e ligas, economizando material de alta entropia e posicionando os elementos ativos na superfície, onde ocorrem reações catalíticas.
Segundo os autores, o controle do congelamento regula todas as etapas — desde a formação atômica até o arranjo macroscópico — abrindo caminho para projetar aerogéis multimetálicos e outros sistemas multicomponentes, como óxidos e sulfetos, em condições de baixa temperatura.
Com informações de Nanowerk
