A maioria dos materiais dilata quando aquecida. A explicação para este fenómeno reside no fato de que o calor provoca vibração na estrutura atómica, deslocando os átomos para mais longe uns dos outros. No entanto, alguns materiais encolhem ao serem aquecidos. Porquê?A resposta pode estar vinculada à descoberta de uma equipa de engenheiros do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos EUA. O artigo do estudo, publicado na revista científica “Physical Review Letters” (PRL), explica como o trifluoreto de escândio (ScF3) faz o truque.
O ScF3 possui uma estrutura cristalina relativamente simples, mas com expansão termal negativa – encolhe quando aquecido. Ao estudar este material, a equipa descobriu como é que as vibrações causam o seu encolhimento.
Para entender como o material encolhe, basta imaginar a ligação entre os átomos de escândio e flúor como bolas ligadas por molas, sugerem os pesquisadores. Um átomo de flúor está ligado a dois átomos de escândio em lados opostos. Quando a temperatura é dobrada, os átomos vibram em muitas direções. Mas devido ao arranjo linear da molécula, o flúor (entre os dois átomos de escândio) vibra mais na direção perpendicular da linha. A cada vibração, o flúor puxa os dois átomos de escândio em direção um ao outro. Consequentemente, toda a estrutura do material encolhe.
Segundo Brent Fultz, professor de ciência dos materiais e coautor do artigo com Chen Li, um oscilador quártico quântico quase puro nunca havia sido visto em vibrações atómicas em cristais. Ele explica que muitos materiais possuem um bocado de comportamento quártico, mas as suas tendências quárticas são muito pequenas. No caso do ScF3, este comportamento é muito evidente. “Entender o comportamento do oscilador quártico poderia ajudar os engenheiros a desenvolverem materiais com propriedades termais inusitadas”, diz ele. Materiais que encolhem com o calor são largamente utilizados em engenhos mecânicos de precisão.
Fonte: Ciência Diária
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