Bastam 10 átomos para proteger seus eletrônicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/08/2019

Apesar de ser 50.000 vezes mais fino do que uma folha de papel, este nanoisolador térmico tem apenas 10 átomos de espessura em quatro camadas (Gr/MoSe2/MoS2/WSe2).
[Imagem: Sam Vaziri et al. - 10.1126/sciadv.aax1325]

Escudos anticalor

Proteger os usuários e os equipamentos eletrônicos do próprio calor exige técnicas cada vez mais aprimoradas, à medida que esses equipamentos ficam mais potentes e as camadas de plástico, vidro, ou mesmo camadas de ar não conseguem mais prover o isolamento adequado.

Pesquisadores da Universidade de Stanford, nos EUA, demonstraram agora que podem ser necessários apenas 10 átomos de espessura para fabricar um escudo eficiente contra o calor.

Colocando apenas algumas camadas de materiais atomicamente finos, empilhadas umas sobre as outras e postas sobre os pontos cruciais geração de calor, esses revestimentos finíssimos apresentaram a mesma capacidade de isolamento térmico que camadas de vidro 100 vezes mais grossas.

"Estamos olhando para o calor nos aparelhos eletrônicos de uma forma completamente nova," disse o professor Eric Pop. "Como engenheiros, sabemos bastante sobre como controlar a eletricidade, e estamos melhorando com a luz, mas estamos apenas começando a entender como manipular o som de alta frequência que se manifesta como calor na escala atômica."

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O som do calor

O que o som tem a ver com o calor? O calor é uma forma de som, apenas com frequência mais alta, uma vez que ambos são produzidos pelas mesmas quasipartículas, os fônons.

O pesquisador Sam Vaziri teve então a ideia de usar o princípio das janelas acústicas, ou janelas antirruído, nas quais vários painéis somam-se aos espaços de ar entre eles para bloquear o som. Como estava tentando fugir justamente do componente espessura, Vaziri pensou então em usar os materiais monoatômicos, como o grafeno.

"Nós adaptamos essa ideia criando um isolador que usa várias camadas de materiais atomicamente finos, em vez de uma massa grossa de vidro," disse ele. De fato, o calor parece preferir propagar-se em ondas nos materiais monoatômicos, em vez de por convecção ou por condução, o que permite até mesmo "congelar" o calor no lugar, impedindo que ele se espalhe.

Micrografia do prótipo de isolador térmico ultrafino.
[Imagem: Sam Vaziri et al. - 10.1126/sciadv.aax1325]

O melhor protótipo criado pela equipe é formado por uma camada de grafeno e camadas adicionais de três outros materiais laminares, do grupo das molibdenitas - com três átomos de espessura - para criar um isolador de quatro camadas com apenas 10 átomos de espessura. Apesar de fino, o isolador é eficaz porque as vibrações atômicas do calor são amortecidas e perdem grande parte de sua energia à medida que passam por cada camada.

Fonônica

Para tornar esses escudos térmicos em nanoescala práticos, contudo, os pesquisadores terão que encontrar alguma técnica de produção em massa para pulverizar ou depositar camadas atomicamente finas de materiais sobre os componentes eletrônicos durante a fabricação.

Por outro lado, por trás do objetivo imediato de desenvolver isoladores mais finos, eles têm uma ambição maior: controlar a energia vibracional - os fônons - dentro dos materiais, do mesmo modo como hoje controlam a eletricidade e a luz. Isso porque, à medida que melhora o entendimento do calor nos objetos sólidos como uma forma de som, ganha corpo um novo campo, a fonônica, ou eletrônica do calor.

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