Uma equipe de pesquisa colaborativa, liderada pela Universidade de Liverpool, descobriu um novo material inorga¢nico com a menor condutividade tanãrmica já relatada. Essa descoberta abre caminho para o desenvolvimento de novos materiais termelanãtricos que sera£o fundamentais para uma sociedade sustenta¡vel.

Reportada na revista Science , essa descoberta representa um avanço no controle do fluxo de calor em escala atômica, alcana§ado pelo design de materiais. Ele oferece novos insights fundamentais sobre o gerenciamento de energia. O novo entendimento ira¡ acelerar o desenvolvimento de novos materiais para a conversão de calor residual em energia e para o uso eficiente de combusta­veis.

A equipe de pesquisa, liderada pelo professor Matt Rosseinsky do Departamento de Quí­mica e Inovação de Materiais da Universidade e pelo Dr. Jon Alaria do Departamento de Fa­sica e Instituto Stephenson de Energia Renova¡vel da Universidade, projetou e sintetizou o novo material de forma que combinasse dois arranjos diferentes de a¡tomos que, cada um deles, reduzem a velocidade com que o calor se move atravanãs da estrutura de um sãolido.

Eles identificaram os mecanismos responsa¡veis ​​pelo transporte de calor reduzido em cada um desses dois arranjos medindo e modelando as condutividades tanãrmicas de duas estruturas diferentes, cada uma contendo um dos arranjos necessa¡rios.

Combinar esses mecanismos em um aºnico material édifa­cil, porque os pesquisadores precisam controlar exatamente como os a¡tomos estãodispostos dentro dele. Intuitivamente, os cientistas esperariam obter uma média das propriedades físicas dos dois componentes. Ao escolher interfaces químicas favoráveis ​​entre cada um desses diferentes arranjos ata´micos, a equipe sintetizou experimentalmente um material que combina os dois (representado como placas amarelas e azuis na imagem).

Este novo material, com dois arranjos combinados, tem uma condutividade tanãrmica muito mais baixa do que qualquer um dos materiais originais com apenas um arranjo . Este resultado inesperado mostra o efeito sinanãrgico do controle qua­mico das localizações atômicas na estrutura, e éa razãopela qual as propriedades de toda a estrutura são superiores a s das duas partes individuais.

Se tomarmos a condutividade tanãrmica do aa§o como 1, então uma barra de tita¢nio é0,1, a águae um tijolo de construção é0,01, o novo material é0,001 e o ar é0,0005.

Aproximadamente 70 por cento de toda a energia gerada no mundo édesperdia§ada como calor. Materiais de baixa condutividade tanãrmica são essenciais para reduzir e aproveitar esses resíduos. O desenvolvimento de novos materiais termoelanãtricos mais eficientes, que podem converter calor em eletricidade, éconsiderado uma fonte importante de energia limpa.

O professor Matt Rosseinsky disse: "O material que descobrimos tem a condutividade tanãrmica mais baixa de qualquer sãolido inorga¢nico e éum condutor de calor quase tão pobre quanto o pra³prio ar."

"As implicações desta descoberta são significativas, tanto para a compreensão cienta­fica fundamental quanto para aplicações prática s em dispositivos termoelanãtricos que coletam calor residual e como revestimentos de barreira tanãrmica para turbinas a gás mais eficientes."

Dr. Jon Alaria disse: "A descoberta empolgante deste estudo éque épossí­vel aumentar a propriedade de um material usando conceitos fa­sicos complementares e interface atoma­stica apropriada. Além do transporte de calor , esta estratanãgia pode ser aplicada a outras propriedades físicas fundamentais importantes, como como magnetismo e supercondutividade, levando a computação de menor energia e transporte mais eficiente de eletricidade. "