Este microscópio consegue filmar o calor se movendo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/05/2025

Professor Nini Pryds apresenta o novo microscópio capaz de ver o calor se movendo.
[Imagem: DTU]

Como o calor se move

Pesquisadores desenvolveram uma nova forma de medir como o fluxo de calor se desenrola nos materiais. O instrumento é uma espécie de microscópio, que deverá ajudar a melhorar os projetos de inúmeras tecnologias, dos componentes eletrônicos aos sistemas de energia.

Um melhor gerenciamento do calor pode levar a computadores mais rápidos e mais confiáveis, bem como a painéis solares e baterias mais eficientes, apenas para citar alguns exemplos. Assim, medir como o calor se move através dos materiais é crucial.

A maior dificuldade está na identificação dos materiais nos quais o calor flua da forma mais adequada à aplicação: Umas exigem que o calor saia rápido, outras dependem da retenção do calor, e outras ainda precisam integrar o movimento do calor com outras propriedades.

"Encontrar os materiais certos para a eletrônica é crucial no desenvolvimento dos dispositivos necessários para apoiar a transição verde. Por exemplo, ao transformar calor em eletricidade - ou vice-versa - precisamos de materiais que percam muito pouco calor, mas que, ao mesmo tempo, sejam excelentes condutores elétricos," exemplifica o professor Nini Pryds, da Universidade Técnica da Dinamarca.

"Para isso, queremos descobrir como o calor é disperso nos materiais que usamos. Observando isso, podemos determinar como o calor se move em diferentes direções dentro do material, o que é importante porque afeta seu desempenho," acrescentou.

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O microscópio vê o calor se movendo em várias direções, permitindo estudar como os grãos dos cristais impactam a difusividade térmica.
[Imagem: Neetu Lamba - 10.1126/sciadv.ads6538]

Microscópio de difusividade térmica

A equipe criou o que eles chamam de "microscópio de difusividade térmica" - a difusividade térmica é a propriedade física que descreve a rapidez com que as mudanças de temperatura se propagam através de um material.

O microscópio possui uma microssonda de quatro pontos para medir a difusividade térmica anisotrópica com base no tempo que leva para que o calor gerado por um único aquecedor atinja os pontos definidos na amostra. A varredura é rápida e não destrutiva, sem necessidade de calibração ou preparação prévia das amostras. Para comparação, as técnicas atuais exigem pelo menos dois aquecedores, o que impõe todas essas exigências citadas.

Na escala nanométrica, o calor pode ser transportado em diferentes direções dependendo de um determinado arranjo de cristais, do tamanho ou do formato do grão - os pequenos cristais que formam o cristal maior em macroescala. As microssondas permitem rastrear isto mantendo a integridade da amostra, o que permite que a medição seja feita criteriosamente em todos os planos.

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Medições do calor em resolução tão alta e em escalas tão pequenas são inéditas.
[Imagem: Neetu Lamba et al. - 10.1126/sciadv.ads6538]

Testes

A equipe realizou seus testes usando dois materiais conhecidos por suas excelentes propriedades de condução de calor e eletricidade: telureto de bismuto (Bi₂Te₃) e telureto de antimônio (Sb₂Te₃), usados em dispositivos termoelétricos, que convertem calor em eletricidade.

O microscópio mediu com precisão o fluxo de calor direcional nesses materiais, realizando medições de alta resolução em escalas muito pequenas. Ele conseguiu detectar como o calor se move de forma diferente em várias direções, fornecendo insights valiosos para o projeto de dispositivos mais eficientes.

"Acredito que nosso novo método de microscopia seja um avanço significativo no campo da ciência dos materiais. Desenvolvemos uma maneira rápida, simples e não destrutiva de medir o fluxo de calor, o que nos dá uma melhor compreensão de como esses materiais se comportam," concluiu Pryds.

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