Mistura anatase-rutilo

O presente trabalho não diz respeito a um resultado de altas pressões estáticas, mas à consequência do superaquecimento em experimentos de pressão dinâmica (ondas de choque acústica, mais especificamente) na interpretação de resultados de difração de raios-X no dióxido de titânio. Lembramos que tal óxido possui quatro polimorfos que, na ordem decrescente de abundância, são o rutilo [estrutura tetragonal P42/mnm], a anatase [estrutura tetragonal I41], a brookite [estrutura tetragonal Pbca] e a akaogiite [estrutura monoclínica P21/c]. Publicações recentes revelam que nanopartículas (NPs) de TiO₂ com fases mistas anatase–rutilo (AR) apresentam maior eficiência em comparação com as fases puras de anatase e rutilo, devido à melhor separação dos portadores de carga e à consequente redução da recombinação elétron–lacuna. Mas é essencial uma compreensão aprofundada da transformação de fase de anatase para rutilo. Além disso, os resultados das propriedades físicas dependem fortemente da razão entre as fases para aplicações específicas. Normalmente, dados de difração de raios X (DRX) e de espectroscopia Raman são utilizados para calcular a razão relativa das fases anatase e rutilo em NPs de TiO₂. Em 1957, Spurr e Mayers propuseram uma fórmula matemática para calcular a razão em massa das fases anatase e rutilo com base nas razões de intensidade de picos de DRX. Muitos pesquisadores têm utilizado essa fórmula padrão para calcular a razão entre as fases anatase e rutilo a partir de dados de DRX em detrimento da espectroscopia Raman. Essas técnicas derivam seus resultados a partir da razão de intensidade de picos de difração característicos, como (101)ₐ e (110)ᵣ para anatase e rutilo, respectivamente, e de bandas vibracionais internas Raman, como (B₁g 399 cm⁻¹)ₐ e (E_g 447 cm⁻¹)ᵣ para anatase e rutilo, respectivamente. Em condições de síntese assistida por aquecimento isotérmico de NPs de AR-TiO₂, os resultados obtidos tanto pela equação de Spurr–Mayers quanto pela análise espectral Raman no visível são praticamente idênticos. Em contraste, sob condições de superaquecimento (por exemplo, ondas de choque acústicas) ou em sínteses de NPs de AR assistidas por implantação iônica, os resultados obtidos pela equação de Spurr–Mayers e pela análise espectral Raman no visível fornecem implicações distintas, o que levanta questionamentos sobre a confiabilidade desses resultados, como, por exemplo, de que forma essa técnica poderia calcular com precisão as razões entre as fases anatase e rutilo sob condições de superaquecimento. Nesse contexto, é altamente necessária uma compreensão adequada para interpretar corretamente tanto a transição de fase de anatase para rutilo quanto a de rutilo para anatase, bem como para aprimorar o papel das razões de fases mistas nas propriedades físicas e químicas das NPs de TiO₂, o que pode melhorar a integridade científica do TiO₂ nos âmbitos da ciência fundamental e da ciência avançada. O interessante é que a razão de intensidade de raios X (101)ₐ/(110)ᵣ permanece constante nas amostras submetidas ao superaquecimento; entretanto, os resultados espectrais Raman demonstram mudanças significativas ocorrendo na razão de intensidade das NPs de TiO₂ nas bandas da anatase (B₁g – 399 cm⁻¹) e do rutilo (A_g – 447 cm⁻¹), o que comprova alterações na proporção das fases anatase e rutilo do AR-TiO₂. Com base nesses achados, comprova-se que a equação de Spurr–Mayers apresenta limitações significativas em sua capacidade de fornecer a razão precisa entre as proporções de anatase e rutilo em sínteses de NPs de AR-TiO₂ baseadas em superaquecimento. Sua imprecisão é atribuída ao predomínio de processos dinâmicos de recristalização microestrutural e a mudanças cristalográficas superficiais, que não foram consideradas na formulação original. [S. Aswathappa, L. Dai, S.J.D. Sathiayadhas, R.S. Kumar, A.I. Almansour, P.T.C. Freire, S. Athiruban, G. Kang, Ceramics International 51, 61025-61034 (2025)].