No Instituto de Química (IQ) da USP, o pesquisador Sérgio Hiroshi Toma construiu aglomerados de moléculas, átomo por átomo, demonstrando uma das principais técnicas da nanotecnologia, que é a chamada fabricação "de baixo para cima", em que as estruturas são fabricadas usando átomos ou moléculas individuais.
Esses aglomerados, que utilizam o metal rutênio, são chamados declusters, ou aglomerados, e dão origem a materiais que utilizam a luz para gerar eletricidade com alta eficiência, podendo ainda mudar a cor dos vidros que envolvem.
Construindo moléculas úteis
Hiroshi Toma é pesquisador do Laboratório de Química Supramolecular do IQ. Segundo o professor Henrique Eisi, orientador da pesquisa e coordenador do laboratório, a nanotecnologia molecular constrói, átomo por átomo, materiais que tenham alguma função útil.
"Para cada aplicação, construímos as moléculas ideais", explica. "Desenvolvemos uma molécula por vez. Depois, as conectamos e construímos uma 'máquina molecular', que desempenha o papel desejado," diz o pesquisador.
Célula fotoeletroquímica
Em sua pesquisa, Hiroshi desenvolveu uma célula fotoeletroquímica - um dispositivo que converte luz em eletricidade - com os aglomerados de rutênio. O diferencial em relação às outras células solares é a sua eficiência de 80%: a cada 100 mil fótons (partículas de luz) que incidem sobre a placa, 80 mil elétrons são liberados.
Para construir a célula, o pesquisador forrou placas de vidro condutor de eletricidade com um filme microscópico de dióxido de titânio e borrifou nele as moléculas criadas no laboratório. Todas as vezes que a luz bate nas moléculas, elas liberam elétrons. A corrente elétrica formada serve para manter funcionando pequenos aparelhos eletrônicos domésticos.
"Essa tecnologia é cara, mas não precisa de muita luz para gerar eletricidade", explica o professor. "Por isso acredito que fará sucesso para mover pequenos aparelhos, como calculadoras, dispensando as pilhas".
Insulfilme colorido
O pesquisador também desenvolveu um filme para envolver vidros - semelhante ao tradicional insulfilme - que pode mudar de cor reversivelmente ao receber eletricidade. Para que o vidro mude de cor, basta submetê-lo a diferentes tensões. A estrutura projetada no laboratório do IQ mistura cristais de dióxido de titânio com moléculas de rutênio.
Uma das possíveis aplicações dos filmes, chamado filmes eletrocrômicos, é impedir o calor de escapar dos ambientes por irradiação, funcionando como a parede espelhada de uma garrafa térmica. Outras aplicações são em outdoors e painéis de decoração. Os pesquisadores desenvolveram uma "biblioteca de moléculas", que permite criar vidros que abrangem diversos intervalos de cores.
Moléculas inorgânicas
"Os melhores dispositivos já desenvolvidos são baseados em moléculas orgânicas, que desgastam rápido", destaca Eisi. "Eles são caros. Assim, há grande interesse comercial na tecnologia que desenvolvemos. Melhorando o sistema será possível fazer uma tela, como as de LCD". A invenção não foi patenteada pelo grupo de pesquisadores a tempo e é de domínio público.
As invenções do pesquisador renderam-lhe o prêmio de melhor tese na área de química, concedido pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). A CAPES é um órgão do Ministério da Educação que avalia e incentiva mestrados e doutorados.
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