Dióxido de vanádio: físicos identificaram um metal que conduz eletricidade, mas não calor

Físicos da Universidade da Califórnia em Berkeley (EUA) descobriram um metal com uma propriedade extremamente útil: ele é capaz de conduz eletricidade sem conduzir também calor.

Lei de Wiedemann-Franz

De acordo com a lei de Wiedemann-Franz, definida em 1853, a
contribuição eletrônica para a condutividade térmica e condutividade elétrica
de um metal é proporcional à temperatura.

Em outras palavras, um metal é geralmente tão bom em
conduzir eletricidade quanto em conduzir calor, e é por isso que coisas como
motores esquentam enquanto estão funcionando.

Até existem alguns materiais que conduzem eletricidade
melhor do que o calor, mas estes só exibem tal propriedade em temperaturas
centenas de graus abaixo de zero. Ou seja, são altamente impraticáveis no mundo
real.

Dióxido de vanádio metálico (VO2)

Já o dióxido de vanádio metálico (VO2) é um achado inesperado:
o material é condutor comumente apenas em temperaturas bem acima da ambiente, o
que significa que ele tem o potencial de ser muito mais prático.

Para chegar à essa conclusão, os físicos analisaram a forma
como os elétrons se moviam dentro da estrutura de cristal do dióxido de
vanádio, bem como quanto calor estava sendo gerado.

Eles determinaram que a condutividade térmica atribuída aos
elétrons no material era dez vezes menor do que a prevista pela lei de
Wiedemann-Franz. Isso parece ser devido à forma sincronizada com a qual os
elétrons se movem através do material.

“Os elétrons estavam se movendo em uníssono, de maneira
muito parecida com um fluido, em vez de partículas individuais como nos metais
normais. Para os elétrons, o calor é um movimento aleatório. Os metais normais
transportam calor com eficiência porque existem muitas configurações
microscópicas possíveis pelas quais os elétrons individuais podem saltar”,
disse o principal pesquisador do estudo, Junqiao Wu.

Aplicações

Entre muitas aplicações possíveis para o dióxido de vanádio,
o metal pode um dia ser usado para converter calor de motores e eletrodomésticos
em mais eletricidade.

Por exemplo, quando misturado com tungstênio, o VO2 se torna
um melhor condutor de calor a temperaturas mais baixas, o que significa que
poderia ser utilizado para dissipar calor de um sistema quando este alcançar certa
temperatura. Antes desse limite, o material funciona como um isolante.

Além disso, quando os pesquisadores misturaram o VO2 com outros
materiais, puderam controlar a quantidade de eletricidade e calor que ele podia
conduzir, o que pode torná-lo ainda mais útil.

Por fim, o VO2 possui uma habilidade especial de ser transparente a cerca de 30 graus Celsius, enquanto reflete luz infravermelha acima de 60 graus Celsius permanecendo transparente à luz visível. Isso significa que o material poderia ser usado na fabricação de janelas para reduzir a temperatura, substituindo a necessidade de ar condicionado.

“Este material pode ser usado para ajudar a estabilizar a temperatura. Ao ajustar sua condutividade térmica, o material pode dissipar o calor de maneira eficiente e automática no verão, porque terá alta condutividade térmica, mas evitar a perda de calor no inverno, devido à sua baixa condutividade térmica a temperaturas mais baixas”, explicou outro pesquisador do estudo, Fan Yang.

Infelizmente, esse material incrível ainda não está
pronto para comercialização. Segundo os pesquisadores, mais estudos precisam ser
realizados antes destas aplicações se tornarem realidade.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista Science. [ScienceAlert]

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