Cientistas criam vidro calcogeneto que se auto-regenera após radiação gama

Cientistas sintetizaram um tipo de vidro capaz de “costurar” a própria estrutura de volta ao normal depois de sofrer danos provocados por radiação gama.

Em testes, a equipa observou que filmes de vidro calcogeneto com defeitos gerados por raios gama, aos poucos, voltavam a ficar íntegros com o passar do tempo, mantendo-se à temperatura ambiente e recuperando a integridade estrutural sem qualquer intervenção adicional.

A descoberta, liderada pelo engenheiro Myungkoo Kang, da Alfred University, nos EUA, aponta para um material potencialmente muito valioso em locais como o ambiente espacial - onde a radiação gama incide de forma constante - ou em instalações radioativas, nas quais sensores mais resistentes à radiação poderiam fazer enorme diferença.

Segundo a física Kathleen Richardson, da University of Central Florida, “as pessoas estão cada vez mais a procurar vidros com transparência óptica semelhante à de cristais como o germânio, que possam ser concebidos quanto à composição e às propriedades, para uso em aplicações onde o germânio pode ser utilizado”.

Ela acrescenta: “estes vidros estão a ser cada vez mais usados em sistemas em que a comunidade procura alternativas a algumas das soluções cristalinas que historicamente foram utilizadas antes”.

O vidro já é, por si só, um material incomum, mas extremamente útil. No caso dos vidros calcogenetos - aqueles que incluem enxofre, selénio, telúrio ou polónio -, a interação com a luz ocorre de maneiras que os tornam particularmente interessantes para dispositivos ópticos, sobretudo no campo da deteção no infravermelho.

Vidro calcogeneto para infravermelho: composição e por que ele importa

Kang e os seus colegas estavam a fabricar precisamente esse tipo de vidro para aplicação em circuitos de satélites, recorrendo a proporções muito bem controladas de enxofre, germânio e antimónio.

Como explica Richardson, “estes vidros excluem o oxigénio, e é isso que os torna especiais para o infravermelho”. Ela detalha: “eles são feitos de elementos do extremo direito da tabela periódica. Quando se ligam entre si, formam materiais muito transparentes no infravermelho, mas com átomos muito grandes e ligações fracas”.

Para que possam ser usados com segurança, esses vidros precisam ser avaliados sob esforços semelhantes aos que enfrentariam em condições reais de operação - e, no espaço, um desses fatores críticos é a radiação gama.

Na superfície da Terra não ficamos expostos aos raios gama do espaço, porque a atmosfera funciona como uma blindagem muito eficaz. Ainda assim, a radiação gama pode ser gerada pelo decaimento radioativo de determinados isótopos elementares.

O que a radiação gama faz no material - e como ele se recupera

Para submeter as amostras a essa forma altamente energética de luz, os investigadores colocaram o material em irradiadores alimentados por cobalto-60, uma forma sintética de cobalto radioativo. A exposição provocou defeitos microscópicos no vidro ao deformar as ligações fracas entre os átomos.

Depois disso, o vidro foi mantido em condições de temperatura ambiente. Passados 30 dias, o material tinha recuperado.

O motivo, segundo Richardson, é que “como são átomos grandes e ligações fracas, com o tempo essas ligações podem relaxar de volta e se refazer a partir desse arranjo distorcido e, portanto, curar-se”.

Ela resume o princípio por trás do comportamento observado: “assim, o conceito de vidro auto-regenerativo é que, quando as nossas experiências são expostas a radiação de alta energia, essas ligações ficam distorcidas ou quebradas. Com o tempo, a temperatura ambiente é suficiente para ‘curar’ essas ligações, de modo que as estruturas possam reformar-se por conta própria”.

Possíveis usos e próximos passos do vidro auto-regenerativo

O potencial do achado é considerável. Esse vidro - ou uma versão futura - poderá, por exemplo, servir como um sensor de radiação durável e reversível em ambientes extremos.

A equipa pretende continuar a desenvolver o material e usá-lo como base para, idealmente, criar outros vidros com a mesma capacidade de auto-regeneração.

Nas palavras de Kang, “daqui para a frente, o meu novo grupo de pesquisa pretende desenvolver novas cerâmicas induzidas por irradiação, juntamente com métodos in situ de metrologia microestrutural e óptica, como um caminho para a concretização de plataformas ópticas ultrarrápidas e leves”.

Ele conclui: “a minha pesquisa, sob o tema unificador dos efeitos da irradiação em cerâmicas calcogenetas, resultou numa conclusão tão impactante”.

A pesquisa foi publicada no Materials Research Society Bulletin.