Sintetizado material inorgnico com menor condutividade trmica que se conhece

Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 21/07/2021

Calor e eficincia energtica

Qumicos descobriram um novo material inorgnico com a menor condutividade trmica que se conhece.

Esta descoberta abre caminho para o desenvolvimento de novos materiais termoeltricos, que convertem calor em eletricidade e que sero fundamentais para uma sociedade sustentvel.

Alm disso, o trabalho mostra um aspecto totalmente novo do fluxo de calor em escala atmica, mostrando como essa difuso pode ser manipulada ao se projetar novos materiais – no se esquea que h pouco se descobriu que o calor tambm pode se propagar em ondas.

por isso que os pesquisadores esto entusiasmados que a sua descoberta ir acelerar o desenvolvimento de novos materiais para converter o calor desperdiado por mquinas e equipamentos em eletricidade.

O material o Bi₄O₄SeCl₂, uma mistura de bismuto, oxignio, selnio e cloro.

Para comparao, se considerarmos que a condutividade trmica do ao assume um valor arbitrrio de 1, ento uma barra de titnio teria uma condutividade trmica de 0,1, a gua e um tijolo de construo de 0,01, enquanto o novo material se contenta com 0,001 – nessa comparao, o ar teria uma condutividade trmica de 0,0005.

“As implicaes desta descoberta so significativas, tanto para a compreenso cientfica fundamental, quanto para aplicaes prticas em dispositivos termoeltricos que coletam calor residual e como revestimentos de barreira trmica para turbinas a gs mais eficientes,” disse o professor Matt Rosseinsky, da Universidade de Liverpool, no Reino Unido.

A equipe obteve um efeito sinergstico, melhor do que seria de se esperar pela mera soma dos dois materiais originais.
[Imagem: Quinn D. Gibson et al. – 10.1126/science.abh1619]

Manipulando a condutividade trmica

A equipe projetou e sintetizou o novo material de modo que ele combinasse dois arranjos diferentes de tomos, ambos – mas cada um a seu modo – j conhecidos por diminuir a velocidade com que o calor se move atravs da estrutura de um slido.

Primeiro eles identificaram os mecanismos responsveis pelo transporte mais lento do calor em cada um desses dois arranjos (BiOCl e Bi₂O₂Se) medindo e modelando as condutividades trmicas de duas estruturas diferentes, cada uma contendo um dos arranjos necessrios.

Combinar esses mecanismos em um nico material difcil porque preciso controlar exatamente como os tomos esto dispostos. A equipe ento escolheu interfaces qumicas favorveis entre cada um desses diferentes arranjos atmicos, sintetizando experimentalmente um material que combina as duas.

Este novo material, com os dois arranjos combinados, tem uma condutividade trmica muito mais baixa do que qualquer um dos materiais originais.

“A descoberta emocionante deste estudo que possvel otimizar a propriedade de um material usando conceitos fsicos complementares e um interfaceamento atomstico apropriado. Alm do transporte de calor, esta estratgia pode ser aplicada a outras propriedades fsicas fundamentais importantes, como o magnetismo e a supercondutividade, levando a uma computao com menor consumo de energia e um transporte mais eficiente de eletricidade,” concluiu o professor Jonathan Alaria.

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