Mineral espacial híbrido revoluciona controle do calor

Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 06/08/2025

Hbrido de cristal e vidro

Controlar o fluxo de calor essencial para um sem-nmero de tecnologias, dos motores e geradores de energia ao resfriamento dos aparelhos eletrnicos e prpria reciclagem do calor que precisa ser dissipado no funcionamento das mquinas e equipamentos.

Otimizar o desempenho e a durabilidade dos materiais usados nessas diferentes aplicaes envolve essencialmente compreender como a composio qumica e a estrutura atmica de cada material (por exemplo, sua estrutura cristalina, vtrea, nanoestruturada etc) determinam sua capacidade de conduzir calor.

Tipicamente, materiais cristalinos (cristais, metais etc) e materiais amorfos (vidros e cermicas) tm propriedades opostas de conduo de calor. Os primeiros so timos condutores de calor, esquentando muito rapidamente, o oposto ocorrendo com os segundos. bom para muitas coisas, mas inviabiliza qualquer tipo de controle mais aprimorado.

Mas agora uma colaborao entre tericos e experimentalistas confirmou pela primeira vez a existncia de um material com propriedades trmicas hbridas, de cristal e de vidro. um mineral que veio do espao, mas cuja compreenso poder viabilizar sua fabricao aqui na Terra.

A fsica fundamental por trs desse comportamento inusitado aumenta o conhecimento sobre os materiais usados no gerenciamento do calor e dever ajudar a projetar novos materiais para operao sob diferenas extremas de temperatura – na verdade, a descoberta promete at mesmo fornecer informaes sobre a histria trmica dos planetas.

Mineral espacial

H cerca de cinco anos, os membros tericos da equipe descobriram uma nova forma de propagao do calor, o calor viscoso. Eles derivaram uma nica equao que captura as tendncias opostas de condutividade trmica observadas nos cristais e nos vidros e, mais importante, descreve o comportamento intermedirio de materiais defeituosos ou parcialmente desordenados.

E esses estados intermedirios so casos muito especiais e interessantes, incluindo materiais usados em termoeltricas para recuperao de calor residual, clulas solares de perovskita e revestimentos trmicos para isolamento, por exemplo.

Utilizando aquela equao, eles estavam agora investigando a relao entre a estrutura atmica e a condutividade trmica em materiais feitos de dixido de silcio, um dos principais componentes da areia, mas tambm de toda a nossa tecnologia eletrnica. Os resultados indicaram que uma forma especfica de dixido de silcio, chamada “tridimita”, descrita na dcada de 1960 como tpica de meteoritos, apresentaria as caractersticas de um material hbrido entre cristal e vidro, com uma condutividade trmica que se manteria inalterada com a temperatura.

Os tericos ento se juntaram a uma equipe de experimentalistas, que obteve permisso do Museu Nacional de Histria Natural de Paris para realizar experimentos em uma amostra de tridimita de slica esculpida em um meteorito que caiu em Steinbach, na Alemanha, em 1724.

Os experimentos confirmaram as previses: A tridimita meterica tem uma estrutura atmica que fica entre um cristal ordenado e um vidro desordenado, e sua condutividade trmica permanece essencialmente constante na faixa de temperatura experimentalmente acessvel de -193.15 C a 106.85 C.

Usos da tridimita

E no precisaremos ir ao espao minerar tridimita. A equipe prev que esse mineral pode se formar at mesmo a partir do envelhecimento trmico dos tijolos refratrios usados nos fornos para a produo de ao, embora o processo seja lento para uma extrao comercial.

Na verdade, materiais derivados da tridimita poderiam ser usados para controlar com mais eficincia o calor intenso envolvido na prpria produo de ao, ajudando a reduzir a pegada de carbono da indstria siderrgica – 1 kg de ao emite aproximadamente 1,3 kg de dixido de carbono.

Os mecanismos qunticos que governam o fluxo de calor atravs de materiais hbridos de cristal e vidro tambm podem nos ajudar a entender o comportamento de outras excitaes em slidos, como eltrons portadores de carga e magnons portadores de spin na hematita, o mais conhecido dos minrios de ferro. Pesquisas sobre esses tpicos esto moldando tecnologias emergentes, incluindo dispositivos vestveis alimentados por termoeltricos, computao neuromrfica e dispositivos spintrnicos, que exploram o magnetismo para o processamento de informaes.

Alm disso, o comportamento incomum de transporte trmico no hbrido cristal-vidro guarda analogias com o efeito invar na expanso trmica, que permite sintetizar materiais com coeficiente de expanso termal tendendo a zero.

Outras notcias sobre:

Mais tópicos