5 Minute
Descoperit un cristal care „respiră” oxigen
O echipă multinațională din Coreea și Japonia a proiectat un oxid metalic cristalin care poate elibera și absorbi oxigen în mod repetat la temperaturi relativ scăzute, o capacitate comparată cu „respirația”. Materialul, compus din stronțiu, fier și cobalt, realizează un schimb reversibil de oxigen fără prăbușirea structurii cristaline, deschizând perspective pentru dispozitive de energie curată și electronice adaptive. Credit: Prof. Hyoungjeen Jeen from Pusan National University, Korea
Descoperirea, condusă de profesorul Hyoungjeen Jeen (Department of Physics, Pusan National University) cu coautorul profesor Hiromichi Ohta (Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University), este publicată în Nature Communications (15 august 2025). Echipa a demonstrat că oxidul eliberează oxigen când este încălzit moderat într-un mediu gazos simplu și reîncorporează oxigenul când condițiile se schimbă — un proces complet reversibil care rezistă la multe cicluri.
Context științific și de ce controlul oxigenului contează
Controlul conținutului de oxigen în materiale solide este o capacitate esențială pentru numeroase tehnologii. În pilele de combustie cu oxid solid (SOFC), mișcarea ionilor de oxigen prin oxizi metalici permite conversia eficientă a hidrogenului în electricitate cu emisii scăzute. Transistoarele termice — dispozitive care modulează fluxul de căldură similar modului în care tranzistorii electronici comută curentul electric — se bazează de asemenea pe materiale al căror coeficient de conductivitate termică se modifică odată cu stoechiometria oxigenului. Ferestrele inteligente care își schimbă dinamic transmitanța termică pot folosi mecanisme sensibile la oxigen pentru a se adapta la condițiile meteo și a reduce consumul energetic al clădirilor.
Ce diferențiază acest cristal?
Materialele anterioare pentru schimbul de oxigen necesitau adesea temperaturi extreme sau se degradau după cicluri multiple. Noul oxid de stronțiu–fier–cobalt se remarcă prin faptul că numai ionii de cobalt suferă reducere în timpul eliberării oxigenului, iar rearanjarea generează o nouă structură cristalină stabilă în loc să distrugă rețeaua. Important, reintroducerea oxigenului restaurează cristalul inițial, confirmând reversibilitatea reală — o cerință cheie pentru aplicații în lumea reală.
Implicații, aplicații și aspecte experimentale importante
Implicațiile principale includ:
- Energie curată: Materiale mai bune pentru gestionarea oxigenului pot îmbunătăți eficiența și durabilitatea SOFC-urilor și pot reduce temperaturile de operare.
- Dispozitive termice inteligente: Materialele al căror transport termic variază cu conținutul de oxigen pot permite logică termică și izolații adaptive.
- Electronică și materiale pentru construcții: Schimbul reversibil de oxigen ar putea permite concepte noi de memorie non-volatilă, senzori și stratificări arhitecturale care economisesc energie.
Cercetarea a combinat sinteza atentă a oxidului de stronțiu–fier–cobalt, experimente de încălzire în medii gazoase controlate și caracterizări structurale care au urmărit valența ionilor și schimbările de fază cristalină. Echipa subliniază că materialul rămâne intact prin cicluri repetate și funcționează în condiții mai blânde și mai practice decât mulți candidați anteriori.
„E ca și cum i-ai da cristalului plămâni; el poate inspira și expira oxigen la comandă,” spune prof. Jeen, rezumând noutatea descoperirii. Prof. Ohta adaugă: „Acesta este un pas major către materiale inteligente care se pot ajusta în timp real.” Lucrarea lor scoate în evidență atât perspective fundamentale asupra chimiei redox a metalelor de tranziție, cât și un potențial tehnologic clar.
Perspective ale experților
Dr. Elena Park (cercetătoare independentă în materiale, fictivă) comentează: „Schimbul reversibil de oxigen la temperaturi scăzute într-un oxid robust structural este rar. Dacă scalarea păstrează aceste proprietăți, materialul ar putea reduce temperaturile de operare pentru pilele de combustie și ar putea permite comutatoare termice compacte. Pasul următor este testarea ciclării pe termen lung în condiții relevante pentru aplicații și integrarea versiunilor sub formă de peliculă subțire în dispozitive.”
Concluzie
Oxidul de stronțiu–fier–cobalt raportat de cercetătorii din Coreea și Japonia demonstrează un schimb reversibil de oxigen la temperaturi joase care păstrează integritatea cristalului — oferindu-i practic un comportament de „respirație” controlabil. Acea combinație de stabilitate, reversibilitate și condiții practice de operare face din material un candidat promițător pentru pile de combustie, transistoare termice, ferestre adaptive și alte tehnologii inteligente și eficiente energetic. Testele continue, scalarea și integrarea în dispozitive vor determina cât de repede această avansare de laborator se va transforma în aplicații comerciale sau industriale.
Sursa: sciencedaily
Comentarii