O que a cristalografia pode fazer por você

cristalografía

Faz um século que William Henry Bragg e William Lawrence Bragg descobriram a difração dos raios X como ferramenta para o estudo da matéria cristalina, algo que permitiria o estudo da estrutura e das propriedades da matéria através da observação do comportamento de átomos e moléculas ao se conectarem. Foi sem dúvida uma descoberta colossal que permitiu, desde então, grandes progressos para a humanidade: desde descobertas médicas como a penicilina até à evolução da eletrónica, passando por centenas de aplicações quotidianas em que estão presentes os cristais, como o chocolate ou a pasta de dentes. Isto porque os cristais minerais estão presentes em tudo o que nos rodeia.

Este ficheiro áudio da rubrica El Viajero Cuántico, do programa La Ventana da Cadena SER, define de uma maneira muito acessível a nossa relação quotidiana com estes cristais microscópicos (A partir do minuto 3:15)

O centenário da difração dos cristais serve de pretexto para que a Assembleia Geral das Nações Unidas tenha proclamado 2014 como o Ano Internacional da Cristalografia, para cuja promoção o cristalógrafo Juan Manuel García-Ruiz, do CSIC (Conselho Superior de Investigação Científica) e o cineasta Javier Trueba criaram este espetacular vídeo com o qual poderemos introduzir-nos nesta ciência em particular.

Milhares de avanços tecnológicos atuais estão ligados à cristalografia: a eficiência energética, a nanotecnologia, a biotecnologia, o armazenamento massivo ou os semicondutores são apenas alguns deles. Mas cabe destacar as aplicações tecnológicas mais importantes que se desenvolveram na área dos cristais:

  • Cristais de silício: Falar de tecnologia é falar de cristais de silício, pois estão presentes em todos os produtos digitais de uso quotidiano: microchips, memórias de armazenamento de dados, semicondutores, etc. A evolução deles é contínua, o que se traduz em custos de produção mais baixos, maior capacidade, velocidade e durabilidade. Atualmente, estão trabalhando em nanocristais de silício capazes de armazenar 1.000 milhões de vezes mais num espaço mais reduzido, muito resistente e durante tempo indeterminado.
nanocristal de silicio

Dispositivos sem fios minúsculos. Nanocristais de silício na antena de um oscilador.

  • Cristal líquido: Os cristais líquidos são um fluido composto por moléculas alargadas que têm a capacidade de se ordenarem como um cristal perante a polarização elétrica do meio. Ao ordenar-se, elas mudam as suas propriedades óticas (cor, opacidade, etc.). Por isso, são ideais para serem usadas na maioria dos displays que utilizamos, desde a tela do tablet até à televisão ou ao painel de instrumentos do nosso automóvel.
Cristal líquido

Cristal líquido de um display através de uma luz polarizada. Karen Neill/LCI, Wellcome Images.

  • Eficiência energética: Os painéis fotovoltaicos utilizados na energia solar são compostos por cristais de sílica que, ao serem estimulados por um fotão, são capazes de libertar eletrões. É o chamado efeito fotoelétrico. A indústria está buscando aperfeiçoar estes cristais tornando-os cada vez mais pequenos e planos e tentando obter uma maior quantidade de energia deles.
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Cristais de sílica compondo um painel fotovoltaico.

  • Cristais fotónicos: É uma das mais recentes descobertas surgidas através da observação das mudanças de cor do besouro brasileiro. A estrutura de cristais que a sua carapaça contém apresenta uma composição natural perfeitamente ordenada capaz de armazenar os fotões de luz e até mesmo controlá-los. O uso futuro deste tipo de cristais permitirá fabricar e controlar fontes de luz mais eficientes com as quais poderemos construir computadores ultrarrápidos baseados nesta utilização da luz.
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Cristais fotónicos na carapaça de um exemplar de besouro brasileiro.

  • grafeno: Trata-se de um cristal que consiste em uma única capa atómica de carbono, disposta numa grade em forma de colmeia. Trata-se de um material transparente, flexível, extraordinariamente resistente, impermeável, abundante, económico e que conduz a eletricidade melhor de que qualquer outro metal conhecido. Tudo isso fez com que a comunidade científica e as empresas tecnológicas tenham depositado grandes esperanças neste material quase futurista.
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Lâmina de grafeno enrugada vista ao microscópio. Universidad de Manchester.

  • Estudo do cosmos: Algo tão futurista e avançado como o projeto do robô Curiosity utiliza, para a análise da matéria que encontra na superfície de Marte, a técnica primitiva do estudo da cristalografia, a difração descoberta pelos Bragg em 1914. Essa técnica será também usada no projeto da sonda espacial Rosetta e o módulo Philae, durante o estudo do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, que também é composto por cristais de gelo e, seguramente, outras surpresas que a sonda irá nos revelar.
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O robô Curiosity toma muestras de uma rocha na superfície de Marte para determinar a sua composição.

Imagen virtual del análisis por difracción de la materia recogida en Marte en el interior del Curiosity.

Miguel Ángel Corcobado

Departamento de Transformación PRISA

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