Nanotecnologia

Na distância certa, nanotecnologia fica fora da lei

Na distância certa, nanotecnologia fica fora da lei
Diagrama do experimento, incluindo a haste de um microscópio de força atômica, usada para medir a transferência de calor entre os objetos colocados a uma distância equivalente a poucos átomos um do outro.[Imagem: Sheng Shen]

Corpos negros

A emissão de calor por um objeto é governada pela chamada lei de radiação dos corpos negros, formulada pelo físico Max Planck, em 1900, que descreve como a energia é dissipada na forma de diferentes comprimentos de onda de radiação termal.

A emissão termal de um corpo negro é considerada como o máximo de calor que um objeto pode irradiar. Mas Planck havia alertado que sua lei poderia não ser válida quando dois corpos estivessem perto demais um do outro, e algo diferente poderia ocorrer na transmissão de calor de um para o outro.

Nesses quase 110 anos da lei de Planck, ninguém havia sido capaz de colocar dois objetos "perto o suficiente" para testar a suposição do físico.

Transferência de calor

Agora, pela primeira vez, pesquisadores do MIT conseguiram fazer isto. E o resultado foi impressionante: a transferência de calor entre os dois objetos pode ser até 1.000 vezes maior do que o previsto pela lei dos corpos negros de Planck.

A descoberta poderá levar a novas aplicações significativas, incluindo um melhor projeto das cabeças de leitura dos discos rígidos de computadores e novos dispositivos capazes de gerar eletricidade a partir do calor desperdiçado por equipamentos, como os motores de carros.

Proximidade complicada

Parte da dificuldade de medir a troca de calor entre dois corpos quando eles estão muito próximos é a dificuldade mecânica de mantê-los próximos sem que eles se toquem. Tentativas anteriores usavam duas placas metálicas. Mas qualquer defeito na superfície de uma delas fazia com que se tocassem em algum ponto de suas superfícies.

Os pesquisadores do MIT resolveram o problema substituindo uma das placas por uma esfera, cuja posição é mais fácil de controlar. A placa e a esfera foram colocadas a uma distância de 10 nanômetros uma da outra. A seguir eles usaram uma barra bimetálica instalada na ponta de um microscópio de força atômica para medir as alterações de temperatura nos dois objetos com enorme precisão.

Aplicações quase imediatas

Nos discos rígidos dos computadores, o espaçamento entre a cabeça de leitura e a superfície do disco fica entre 5 e 6 nanômetros. A cabeça tende a se aquecer e os engenheiros têm procurado uma solução para o problema, embora outros estejam tentando tirar proveito da situação e explorar o calor para controlar a distância do disco.

O melhor conhecimento da transferência térmica nessas escalas também ajudará no desenvolvimento de uma nova forma de conversão de energia, chamada termovoltaica, que captura os fótons emitidos por uma fonte de calor. Os motores de automóveis, por exemplo, desperdiçam a maior parte da energia contida em seu combustível na forma de calor, que poderá ser capturado por um material termovoltaico.

As aplicações da descoberta são quase imediatas. Segundo os pesquisadores, várias indústrias já foram atraídas pelo trabalho e solicitaram reuniões de apresentação do trabalho. Segundo eles, contudo, será necessário repetir os experimentos a várias distâncias para saber se os efeitos se alteram dinamicamente com a alteração da distância entre os objetos ou se há simplesmente um "degrau" na lei de Planck.

Bibliografia:

Surface Phonon Polaritons Mediated Energy Transfer between Nanoscale Gaps
Sheng Shen, Arvind Narayanaswamy, Gang Chen
Nano Letters
Vol.: 9 (8), pp 2909–2913
DOI: 10.1021/nl901208v




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