Mecânica

Você pode se aquecer mais graças ao caos

Isolamento térmico é otimizado usando caos
O caos que impera no material na forma de pó altera radicalmente suas propriedades. [Imagem: Fabian A. Nutz et al. - 10.1002/adma.201704910]

O caos do pó

Embora os materiais mais usados como isolantes térmicos - das geladeiras às paredes de residências - sejam tipicamente feitos de fibras sintéticas, eles teriam um desempenho muito melhor se estivessem na forma de pó.

Foi o que descobriram Fabian Nutz e seus colegas da Universidade Bayreuth, na Alemanha.

E a razão para essa maior eficiência parece ser nada menos do que o caos que impera nos pós.

Mais especificamente, a condutividade termal de um pó é influenciada pelos níveis de ordem e de caos que imperam entre suas partes constituintes.

Calor e caos

O ponto de partida que levou a essa descoberta foi um tanto inusitado: os cristais fotônicos que ocorrem naturalmente em várias espécies de insetos. Essas estruturas naturais são responsáveis pela aparência colorida e brilhante das asas das borboletas, por exemplo.

Esses cristais são replicados em laboratório usando nanopartículas poliméricas, o que lhes dá uma estrutura fina, regular e estável. O efeito dessa estrutura bem ordenada é que se torna difícil para o calor fluir através dos cristais - sua condutividade térmica é baixa.

Nutz descobriu que tudo pode mudar quando as nanopartículas são fabricadas em dimensões irregulares: a estrutura cristalina é substituída pelo caos, a agradável interação de cores cessa, mas o material apresenta uma capacidade de isolamento térmico muito superior.

Enquanto cada partícula na mistura homogênea é cercada por exatamente doze partículas na vizinhança direta, o número de partículas diretamente vizinhas na mistura caótica torna-se inconsistente em todas as direções. Consequentemente, o calor precisa seguir rotas tortuosas, dificultando ainda mais sua saída.

O maior efeito de isolamento térmico é alcançado pela mistura de um número grande de pequenas partículas com um número menor de partículas grandes. Além da taxa de mistura, a diferença de tamanho entre os dois tipos de partículas desempenha um papel crucial na otimização alcançada.

Isolamento e fundição

Esta descoberta é relevante para muitas aplicações, especialmente no campo do isolamento térmico, usando materiais na forma de pós, em vez de fibras.

Mas os resultados também dão pistas valiosas para aplicações técnicas que, inversamente, dependem da dissipação de calor rápida e altamente controlável. É o caso, por exemplo, da otimização de processos industriais de sinterização, nos quais minúsculas partículas de pó são fundidas - toda a indústria siderúrgica e a maior parte da indústria mineral se baseiam em processos desse tipo.

Bibliografia:

Low Thermal Conductivity through Dense Particle Packings with Optimum Disorder
Fabian A. Nutz, Alexandra Philipp, Bernd A. F. Kopera, Martin Dulle, Markus Retsch
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.201704910




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