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Garrafa térmica fotônica: você ainda vai querer ter uma

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/11/2009

Garrafa térmica fotônica: você ainda vai querer ter uma
Apesar de tudo o que você possa ter ouvido do seu professor de física, o vácuo puro das garrafas térmicas tradicionais não é o melhor isolante possível para manter o seu café quente.[Imagem: iStockphoto/YouraPechkin]

Esta descoberta talvez não altere o sabor do seu café, mas certamente permitirá que você o tome mais quente, por muito mais tempo.

Apesar de tudo o que você possa ter ouvido do seu professor de física, o vácuo puro das garrafas térmicas tradicionais não é o melhor isolante possível para manter quente o líquido armazenado em seu interior.

Cristais fotônicos

Shanhui Fan e seus colegas da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, apresentaram uma teoria explicando porque e como um cristal fotônico consegue bloquear o fluxo de calor de forma mais eficiente do que o próprio vácuo.

Os cristais fotônicos são estruturas periódicas famosas por bloquear a luz dentro de faixas estreitas de frequências, o que os torna promissores para aplicações na transmissão óptica de dados e na computação.

Mas, segundo os pesquisadores, esse material poderá se tornar ainda mais famoso pelas suas propriedades termais, eventualmente permitindo a criação de dispositivos capazes de converter o calor do Sol em outras formas de energia utilizável. Além, claro, de permitir a fabricação de melhores recipiente térmicos.

Por que o café esfria na garrafa?

No interior de uma garrafa térmica, o café, ou qualquer outro líquido, é circundado por um vácuo, localizado entre as paredes interna e externa da garrafa. Esse vácuo impede que o calor seja conduzido diretamente para o exterior, como acontece quando um líquido quente é colocado em um recipiente de parede única.

Como toda dona de casa bem sabe, contudo, nenhuma garrafa térmica é perfeita, e o café acaba esfriando. Isso acontece porque o líquido quente "brilha" na faixa do infravermelho, e essa frequência da luz irradiada através das paredes rouba sua energia.

Já os cristais fotônicos conseguem bloquear uma grande faixa de frequências do infravermelho emitido por um corpo quente. Uma estrutura de 100 micrômetros de espessura, formada por camadas de 10 micrômetros de cristais fotônicos de silício, apresenta uma condutância termal que é apenas 50% da condutância do vácuo puro. Ou seja, o café ficará quente por muito mais tempo.

Energia termovoltaica

Um detalhe interessante da pesquisa é que os cientistas demonstraram que a condutância termal não depende da espessura das camadas individuais de cristais fotônicos, mas da velocidade com que a luz viaja através das camadas sólidas - ou seja, do índice de refração do sólido.

Agora os cientistas planejam estudar cristais fotônicos com estruturas irregulares, que eles acreditam poder fornecer isolantes ainda melhores.

Segundo os pesquisadores, o controle do fluxo de calor através dos materiais pode ter grandes implicações nas pesquisas que buscam utilizar o calor do Sol como fonte de energia, a chamada energia termovoltaica. "Permitir que a luz na faixa visível passe através do material, enquanto se mantém o calor em seu interior, é muito importante para aplicações termossolares," afirmaram.

Bibliografia:

Universal features of coherent photonic thermal conductance in multilayer photonic band gap structures
Wah Tung Lau, Jung-Tsung Shen, Shanhui Fan
Physical Review B
28 October 2009
Vol.: 80, 155135 (2009)
DOI: 10.1103/PhysRevB.80.155135
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