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Síntese em estado sólido

Perovskitas inorgânicas da estrutura de cristal ABX3 mostrada são preparadas por métodos em estado sólido por suas propriedades atrativas.

A síntese em estado sólido, ou método cerâmico, é comumente usada para provocar uma reação química a partir de materiais de partida sólidos para formar um novo sólido com uma estrutura bem definida. Os produtos finais incluem materiais policristalinos, cristais únicos, óculos e materiais de filme fino que são amplamente utilizados para aplicações nos campos energético e eletrônico.

Os compostos metálicos de grãos finos são combinados, peletizados e aquecidos a uma temperatura controlada por um período de tempo específico. Alguns compostos metálicos, como óxidos metálicos ou sais, requerem condições extremas, como altas temperaturas e pressão, para iniciar reações em fluxo de material fundido ou fase de vapor de condensação rápida. Este processo é frequentemente chamado de reação química “shake and bake” (agite e asse) ou “heat and beat” (aqueça e pressione).

É particularmente importante caracterizar a taxa de reação na síntese em estado sólido. As reações em estado sólido devem ser finalizadas, pois as técnicas de purificação dos sólidos formados são significativamente limitadas. A taxa da reação em estado sólido depende das condições de reação, incluindo as propriedades estruturais, o formato e a área de superfície dos reagentes, a taxa de difusão e as propriedades termodinâmicas associadas à nucleação/reação. As propriedades químicas e físicas dos materiais finais são determinadas pelos precursores químicos e pelas técnicas de preparo.

As técnicas modernas de preparo para estado sólido não se limitam a variações do método cerâmico. Na metátese em estado sólido, as reações dos compostos metálicos são iniciadas por uma fonte de energia (p. ex., chama ou moinho de esferas) e propagadas pelo calor liberado durante a formação de produtos e subprodutos. Os métodos sol-gel utilizam uma solução concentrada ou coloidal (“sol”), que é aquecida, seca e envelhecida em sequência para formar géis, revestimentos e nanomateriais. Os métodos solvotérmicos envolvem soluções de aquecimento em um recipiente pressurizado e fechado com temperaturas acima do ponto de ebulição padrão do solvente orgânico escolhido; se o solvente for água, ele é chamado de método hidrotérmico. Muitos métodos sintéticos, onde um material sólido é formado, como deposições em fase de vapor, intercalação, crescimento de um único cristal e sínteses de nanomateriais, podem ser classificados como síntese em estado sólido.


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