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Materiais Avançados

Manto da invisibilidade para o calor poderá resfriar chips

Com informações da Physics World - 05/03/2012

Manto da invisibilidade para o calor
O dispositivo proposto, ao contrário da camuflagem magnética, é bidimensional. O "objeto" a ser mantido frio, aqui representado pelas letras OSA, fica no centro. [Imagem: Sebastien Guenneau/Institut Fresnel/CNRS/AMU]

Escudo contra o calor

Pesquisadores franceses demonstraram que é possível criar um "manto da invisibilidade" para o calor.

A camuflagem, que oculta os objetos de uma fonte de calor, pode ser a tão esperada solução para o problema do aquecimento dos processadores e dos chips em geral.

Mas o oposto também é verdadeiro, ou seja, o aparato será capaz também de concentrar o calor em um ponto definido.

Isto o torna promissor para o aproveitamento da energia solar, sobretudo em tecnologias termossolares mais avançadas.

Difusão termal

Como todos os mantos da invisibilidade, sejam ópticos, acústicos ou até aquáticos a nova camuflagem é fruto da chamada óptica transformacional, cuja face prática são os materiais artificiais conhecidos como metamateriais.

Já foram criados, por exemplo, mecanismos à base de metamateriais que, em tese, poderão ser usados para criar proteções contra terremotos e até tsunamis.

Agora, Sebastien Guenneau e seus colegas da Universidade de Aix-Marseille, descobriram que a mesma matemática que se aplica a todos esses tipos de onda, pode ser usada também para lidar com a difusão termal, ou seja, com o espalhamento do calor.

Isto é surpreendente porque o calor não se propaga como uma onda, ele simplesmente se difunde por um meio.

Óptica quente

Para adaptar para o calor aquilo que vinha sendo usado para a óptica, os cientistas consideraram uma região na qual o calor de um objeto quente flui da esquerda para a direita, em duas dimensões.

A intensidade do fluxo de calor em qualquer parte desse espaço é representada pela distância entre isotermas, linhas de temperatura constante ao longo dessa região - quanto mais próximas umas das outras estiverem as isotermas, maior será a intensidade do fluxo de calor.

Os cientistas então transformaram a geometria dessas isotermas de tal forma que elas circundam uma região, em vez de atravessar por ela.

Assim, qualquer objeto que for posto nessa região circular, que fica à direita da fonte de calor, fica imune a esse calor.

Manto da invisibilidade para o calor
O manto da invisibilidade anti-calor terá a forma de um anel 2D, constituído por cerca de 20 camadas concêntricas feitas com um material com difusibilidade variável. [Imagem: Farhat/Guenneau/Enoch]

Difusibilidade

O manto da invisibilidade necessário para criar esse escudo anti-calor terá a forma de um anel 2D, constituído por cerca de 20 camadas concêntricas feitas com um material com difusibilidade variável.

A difusibilidade é uma propriedade que mostra a rapidez com que um material conduz o calor em relação à sua capacidade de reter calor por unidade de volume.

Na prática, eles provavelmente terão que construir materiais compósitos, misturando metais e polímeros, substâncias que possuem difusibilidades muito diferentes.

Aplicações práticas do escudo anti-calor

Em seus cálculos, os cientistas modelaram uma camuflagem contra o calor com um raio interno de 200 micrômetros e um raio externo de 300 micrômetros.

Como essas grandezas e os tempos envolvidos na difusão do calor são significativos para a operação de componentes eletrônicos, como os transistores que formam os processadores, o grupo acredita que esse tipo de camuflagem contra o calor poderá ter utilidade prática nesses dispositivos, protegendo-os de "gradientes de temperatura indesejáveis".

Segundo Guenneau, em escalas maiores, uma possível aplicação do manto da invisibilidade térmica estará nas câmeras de imageamento termal, que operam na faixa do infravermelho.

Essas câmeras detectam os objetos pelo calor que emitem. Assim, objetos postos sob a proteção do manto da invisibilidade termal não poderão ser vistos por elas.

Por outro lado, poderá ser possível construir concentradores de calor, levando as isotermas para um determinando ponto, em vez de desviá-las.

Isto poderá ser útil para a concentração do calor, otimizando os trocadores de calor usados nos sistemas termossolares de geração de energia.

Uma equipe de engenheiros da Universidade de Lille, também na França, já se ofereceu para construir o primeiro protótipo de manto da invisibilidade para o calor. Eles estimam que poderão fazer isto "em uma questão de meses".

Bibliografia:

Transformation thermodynamics: cloaking and concentrating heat flux
Sebastien Guenneau, Claude Amra, Denis Veynante
Optics Express
Vol.: 20, Issue 7, pp. 8207-8218
DOI: 10.1364/OE.20.008207
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