Redação do Site Inovação
Tecnológica - 15/01/2013
Essa “lente para calor” já consegue manipular até 40% de todas
as ondas de calor, concentrando-as como uma lente concentra a luz. [Imagem:
Martin Maldovan]
Domando
o calor
Há muito tempo os cientistas
tentam domar o calor, seja para retirá-lo de onde ele é indesejado, seja para
reaproveitá-lo na geração de eletricidade, ou mesmo para marcar o tempo. Tudo
isso, e muito mais, agora ficou mais próximo da realidade graças ao trabalho do
Dr. Martin Maldovan, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados
Unidos.
Maldovan descobriu uma forma de
lidar com o calor da mesma forma que a luz, permitindo que o calor seja
manipulado por lentes e espelhos, dispersando-o ou focalizando-o.
Fônons
Assim como o som, o calor é uma vibração
da matéria - tecnicamente ele é uma vibração da rede atômica de um material. Essas
vibrações podem ser descritas como um feixe de fônons, uma espécie de
"partícula virtual", análoga aos fótons que transmitem a luz.
Usando
essa analogia, Maldovan descobriu que é possível adaptar para o calor um tipo
de nanoestrutura, conhecida como cristais fotônicos - que vem realizando
verdadeiros milagres no campo da óptica e da acústica. Ele utilizou
especificamente os cristais fonônicos - que manipulam fônons, em lugar de
fótons - cujos espaçamentos são construídos para equivaler precisamente ao
comprimento de onda dos fônons de calor.
“É uma forma completamente nova de manipular o
calor,” diz Maldovan, explicando que o
calor difere do som na frequência das suas vibrações: o som é formado por
vibrações de baixa frequência, até a faixa dos kilohertz (milhares de vibrações
por segundo), enquanto o calor é formado por vibrações de altíssima frequência,
na faixa dos terahertz (trilhões de vibrações por segundo).
Calor
hipersônico
Para adaptar para o calor a
técnica que já vem sendo usada para manipular o som, Maldovan teve primeiro que
reduzir a frequência dos fônons, criando o que ele chama de “calor hipersônico”.
Usando uma retícula feita de ligas de silício e nanopartículas de germânio de
dimensões muito precisas, o pesquisador conseguiu reduzir a larga banda de
frequências do calor, concentrando mais de 40% deles na faixa hipersônica entre
100 e 300 gigahertz. Em linhas gerais, a estrutura torna o calor mais “parecido”
com o som, permitindo sua manipulação. Com isto, a maioria dos fônons de calor
se alinhou em um feixe estreito, em vez de se espalhar em todas as direções -
um análogo do que uma lente faz com a luz.
Como os
cristais fonônicos estão agora sendo usados para manipular o calor, Maldovan
rebatizou sua versão dessas nanoestruturas de termocristais, criando uma nova
categoria de materiais.
Termocristais
Os
termocristais terão uma ampla gama de utilizações, incluindo melhores
dispositivos termoelétricos, que convertem calor em eletricidade, e diodos
termais, componentes que permitirão que o calor flua em apenas uma direção.
Os diodos termais, ao impedir
que o calor dê marcha-a-ré, serão úteis no isolamento térmico de edifícios,
tanto em climas quentes, quanto em climas frios.
Outra possibilidade será o
melhoramento das recém-demonstradas camuflagens termais, que impedem a
visualização do calor por câmeras infravermelhas.
Bibliografia:
Martin
Maldovan, Narrow Low-Frequency Spectrum
and Heat Management by Thermocrystals. Physical Review Letters, 110, 025902.
DOI:
10.1103/PhysRevLett.110.025902
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