Artigo descreve método para sintetizar material que pode ser usado para coletar e armazenar energia

Fapesp – O niobato de sódio (NaNbO3) é um tipo de cerâmica conhecido por suas propriedades piezoelétricas, ou seja, que permitem gerar energia elétrica por meio de pressão mecânica. Tem sido considerado promissor em áreas como fotocatálise e química verde, o que inclui, por exemplo, a degradação de poluentes em águas residuais. O material também pode ser usado em dispositivos coletores e armazenadores de energia.

Em cooperação com grupos de outras instituições, pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF) obtiveram fibras de niobato de sódio a partir do metaniobato de sódio (Na2Nb2O6.H2O). O método foi descrito em artigo publicado no Journal of Materials Chemistry C.

O CDMF é um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

Durante a síntese do material, ocorre a formação de dodecaedros de NbO7 e octaedros de NbO6, que se ligam pelos vértices formando os íons Nb6O198-, responsáveis por produzir diferentes estruturas e composições de niobatos. Os íons Nb6O198- incorporam os íons Na+ presentes no meio reacional, dando origem às fibras de Na2Nb2O6.H2O.

Submetendo essas fibras a um tratamento térmico convencional, ocorreu a liberação de moléculas de água, em um arranjo estrutural que resultou nas fibras de NaNbO3 com estrutura cristalina ortorrômbica e propriedade piezoelétrica. Estrutura ortorrômbica é uma das sete estruturas em que um cristal pode se organizar, ela se caracteriza pela presença de três eixos de comprimento desigual que formam ângulos retos entre si.

Após a síntese, o material foi analisado na forma de pó. Suas caracterizações foram feitas por meio de diferentes técnicas, como difração de raios X com refinamento de Rietveld, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica da varredura de alta resolução e microscopia de força piezoelétrica.

Concluiu-se que é possível obter partículas de metaniobato de sódio na forma de fibras por meio de síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas em 40 minutos, à temperatura de 160 °C em meio de acetato de polivinila. Também se observou que as fibras de niobato de sódio têm uma mistura de fases ortorrômbicas ferroelétricas e antiferroelétricas. A ferroeletricidade é uma propriedade que alguns materiais piezoelétricos possuem de reverter a polarização elétrica pela aplicação de um campo elétrico externo.

A pesquisa com o material segue em andamento. A equipe agora investiga a relação entre diferentes temperaturas de tratamento térmico, estrutura, propriedades e diferentes aplicações e explora também as características apresentadas por compósitos flexíveis formados pelas fibras de NaNbO3 e polímeros como o fluoreto de polivinilideno, além de suas possíveis aplicações em dispositivos coletores de energia.

Conforme explica Miguel Angel San Miguel Barrera, pesquisador associado ao CDMF e um dos autores do artigo, este é um exemplo em que as simulações atomísticas baseadas na teoria do funcional da densidade permitiram trazer informações relevantes das propriedades elétricas de um material multifuncional.

O estudo On the coexistence of ferroelectric and antiferroelectric polymorphs in NaNbO3 fibers at room temperature pode ser acessado em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/tc/d2tc04039e.

* Com informações do CDMF.