Pesquisadores da Universidade Técnica da Dinamarca desenvolveram uma nova forma de medir o fluxo de calor através dos materiais. O instrumento é uma espécie de microscópio, que deverá ajudar a melhorar a concepção de numerosas tecnologias, desde componentes electrónicos a sistemas energéticos.
Uma melhor gestão do calor poderá conduzir a computadores mais rápidos e mais fiáveis, bem como a painéis solares e baterias mais eficientes, para citar apenas alguns exemplos. Por isso, é crucial medir a forma como o calor se move através dos materiais.
De acordo com o site Inovação Tecnológica, a maior dificuldade reside em identificar os materiais em que o calor flui da forma mais adequada para a aplicação: alguns exigem que o calor se escape rapidamente, outros dependem da retenção e há ainda aqueles que precisam de integrar o movimento do calor com outras propriedades.
“Encontrar os materiais certos para a electrónica é crucial para desenvolver os dispositivos necessários para apoiar a transição ecológica. Por exemplo, ao transformar calor em electricidade – ou vice-versa – precisamos de peças que percam muito pouco calor, mas que, ao mesmo tempo, sejam excelentes condutores eléctricos”, exemplificou o professor Nini Pryds.
“Para isso, queremos descobrir como o calor se dispersa nos materiais que utilizamos. Ao observar isto, podemos determinar como o calor se move em diferentes direcções dentro do material, o que é importante porque afecta o seu desempenho”, acrescentou.
“Acredito que o nosso novo método de microscopia constitui um avanço significativo no domínio da ciência dos materiais. Desenvolvemos uma forma rápida, simples e não destrutiva de medir o fluxo de calor, o que nos permite compreender melhor o comportamento destes materiais.”
A equipa criou o que designa por “microscópio de difusividade térmica”, que consiste na propriedade física que descreve a rapidez com que as alterações de temperatura se propagam através de um material.
O microscópio tem uma microssonda de quatro pontos para medir a difusividade térmica anisotrópica com base no tempo que demora o calor gerado por um único aquecedor a atingir pontos definidos na amostra. A varredura é rápida e não destrutiva, sem necessidade de calibração ou preparação prévia da amostra. Em comparação, as técnicas actuais requerem pelo menos dois aquecedores, o que impõe todos estes requisitos.
Na escala nanométrica, o calor pode ser transportado em diferentes direcções, dependendo de um determinado arranjo cristalino, do tamanho ou da forma do grão – os pequenos cristais que constituem o cristal maior à escala macro. As microssondas permitem seguir este fenómeno, mantendo a integridade da amostra, o que permite efectuar medições cuidadosas em todos os planos.
A equipa realizou os seus testes utilizando dois materiais conhecidos pelas suas excelentes propriedades de condução de calor e electricidade: o telureto de bismuto (Bi2Te3) e o telureto de antimónio (Sb2Te3), utilizados em dispositivos termoeléctricos, que convertem aquecimento em energia.
O microscópio mediu com precisão o fluxo de calor direccional nestes materiais, efectuando medições de alta resolução a escalas muito pequenas. Foi capaz de detectar como o calor se move de forma diferente em várias direcções, fornecendo informações valiosas para o projecto de dispositivos mais eficientes.
“Acredito que o nosso novo método de microscopia constitui um avanço significativo no domínio da ciência dos materiais. Desenvolvemos uma forma rápida, simples e não destrutiva de medir o fluxo de calor, o que nos permite compreender melhor o comportamento destes materiais”, concluiu Pryds.
