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Por que os sólidos cristalinos e os sólidos moleculares fluem eletricidade de maneira tão diferente? Descubra o mistério por trás disso!
A corrente elétrica é parte integrante de nossas vidas, seja no fornecimento de energia ou no funcionamento de diversos dispositivos eletrônicos. As atuais capacidades de condução de vários tipos de materiais são muito diferentes. Os mais atraentes são os sólidos cristalinos e os sólidos moleculares. Esses dois materiais apresentam comportamentos completamente diferentes durante a condução de elétrons. Qual é o princípio científico por trás disso?
"Em sólidos cristalinos, o transporte de carga é realizado principalmente através do transporte de banda, enquanto em sólidos moleculares, é obtido principalmente através do transporte de salto."
Fluxo atual em sólidos cristalinos
A estrutura dos sólidos cristalinos é muito ordenada, com átomos dispostos periodicamente. Esse arranjo ordenado ajuda o movimento dos elétrons. Sua condução de elétrons geralmente é realizada através da chamada “estrutura de bandas”, ou seja, os elétrons saltam entre a banda de condução e a banda de valência do material. Este processo é chamado de “transporte de banda”, e o potencial de movimento dos elétrons está intimamente relacionado com mudanças na estrutura eletrônica do material. À medida que a temperatura aumenta, a energia dos elétrons aumenta, o que facilita o seu salto para a banda de condução, melhorando assim a condutividade do material.
Fluxo atual em sólidos moleculares
Comparada com os sólidos cristalinos, a estrutura dos sólidos moleculares é relativamente desordenada. A forma como as cargas se movem através desses materiais é chamada de “transporte de salto”. Como as moléculas estão dispostas de maneira mais aleatória, os elétrons precisam saltar de uma molécula para outra para conduzir, portanto esse método de condução é geralmente menos eficiente. Além disso, a distância e as forças de interação entre as moléculas também afetam a probabilidade de salto. Por causa disso, a condutividade dos sólidos moleculares é frequentemente afetada por múltiplos fatores, como temperatura, campo elétrico e concentração molar.
"Em sólidos desordenados, o movimento de cargas é geralmente afetado pelo potencial. Esta situação às vezes leva ao surgimento de efeitos de localização fracos, reduzindo assim a mobilidade das cargas."
Fatores que afetam a condução atual
A compreensão da comunidade acadêmica sobre o mecanismo de condução eletrônica continua a se aprofundar, especialmente quando se trata da interação e das propriedades físicas dos materiais. Fatores ambientais, como mudanças de temperatura e campos elétricos externos, afetarão a condutividade dos materiais. Por exemplo, sob a acção de campos eléctricos elevados, sólidos moleculares desordenados podem experimentar um crescimento de condutância não linear, mas este fenómeno é raro em sólidos cristalinos. Além disso, a condutividade do material também pode ser ajustada alterando a concentração dos estados de energia locais.
Resumo e reflexão
A diferença no fluxo de corrente entre sólidos cristalinos e sólidos moleculares ilustra princípios fundamentais e complexidades na ciência dos materiais. Diferentes mecanismos de transporte conferem a estes dois tipos de materiais propriedades únicas, o que por sua vez afeta a sua aplicabilidade em diferentes cenários de aplicação. No futuro, com o desenvolvimento de novos materiais, poderemos descobrir mecanismos de condução mais eficientes. Poderemos encontrar novas soluções para melhorar a eficiência da condução?
