p Asegun Henry quer evitar os piores efeitos das mudanças climáticas, encontrando novas formas de energia renovável e melhorando os materiais que contribuem para o uso de energia. p “A forma como produzimos eletricidade hoje polui o meio ambiente, "disse Henry, professor de engenharia mecânica na Georgia Tech. “Minha pesquisa está centrada principalmente em nos converter de uma infraestrutura baseada em combustível fóssil em uma infraestrutura baseada em energia solar ou renovável, para que possamos contar com formas renováveis ​​de energia que não poluem o mundo de forma alguma.

p "Eu pessoalmente vejo isso como uma forma de salvar o mundo."

p O que torna a abordagem de Henry aos problemas de energia diferente da de outros engenheiros é sua formação em modelagem de computador em nível atômico.

p "Eu entendo processos diferentes em termos do que está acontecendo no nível atômico, "Henry disse." Isso me permite desenvolver percepções e oportunidades para novas ideias que são diferentes de outras que vêm do nível macroscópico.

p Sua pesquisa está amplamente interessada em como o transporte de calor funciona em escalas menores.

p Em outubro, Henry publicou os resultados de um estudo de dióxido de silício amorfo - comumente conhecido como vidro - em Nature Scientific Reports isso respondeu a um antigo mistério sobre o material cotidiano:por que sua condutividade térmica aumenta com a temperatura.

p O transporte de calor no silício amorfo é determinado pelo comportamento dos fônons no material. Fônons são semelhantes a elétrons ou fótons, na medida em que carregam calor, mas em vez de derivar de radiação eletromagnética ou partículas subatômicas carregadas negativamente, eles estão associados às vibrações coletivas dos átomos.

p Os cientistas podem prever com precisão a condutividade térmica de muitos materiais cristalinos usando expressões baseadas no amplamente utilizado "modelo de gás de fônon". Contudo, modelar a transferência de calor em materiais amorfos - aqueles que não possuem a ordem e a periodicidade de um cristal - é mais desafiador.

p "Ao contrário dos materiais cristalinos, onde as vibrações se tornam movimentos coletivos que agem como ondas sonoras, em materiais amorfos, você obtém diferentes tipos de vibrações, a maioria dos quais parece aleatória, como a estrutura subjacente, "Henry explicou." Você ainda fica pequeno, vibrações localizadas que consistem em apenas dezenas de átomos. "

p Essas pequenas vibrações eram conhecidas pela existência, mas ninguém jamais avaliou o quanto eles contribuem para a transferência de calor.

p "O pressuposto era que eles não contribuem de forma alguma, "Henry disse." Mas o que foi surpreendente que encontramos com nosso novo método foi que, neste material específico, os modos localizados contribuem substancialmente. "

p Usando o supercomputador Stampede no Texas Advanced Computing Center - um dos mais poderosos do mundo - Henry fez simulações que capturaram o comportamento de vibrações localizadas como nunca antes.

p Não apenas os resultados coincidiram com os resultados experimentais, eles descobriram que os modos localizados contribuíram com mais de 10 por cento para a condutividade térmica total e são amplamente responsáveis ​​pelo aumento da condutividade térmica do silício amorfo acima da temperatura ambiente.

p "Esses cálculos que estão sendo feitos são intratáveis ​​em uma única máquina. Você esperaria anos para obter a resposta, "disse ele." Para ser capaz de quebrar o problema em centenas ou milhares de partes individuais que funcionam simultaneamente, e fazê-lo maciçamente em paralelo é completamente capacitador. "

p A condutividade térmica do vidro passa a ser importante para a eficiência energética.

p "As porcentagens de dois dígitos de todo o uso de energia nos EUA estão relacionadas ao vidro, "Henry disse." O principal lugar onde você perde calor é pelas janelas.

p Não só isso:o silício amorfo é usado em células solares, e a maioria dos polímeros - plásticos - como aqueles usados ​​em eletrônicos pessoais, são compostos de materiais amorfos.

p O sucesso de Henry em capturar as vibrações atômicas do vidro foi devido ao desenvolvimento de uma nova maneira de estudar a dinâmica dos fônons, que ele criou com Wei Lv, um estudante de doutorado em seu laboratório, Conhecido como Green-Kubo Modal Analysis (GKMA), o novo método usa simulações de dinâmica molecular para calcular com mais precisão as contribuições que diferentes modos de vibração fazem para a condução de calor.

p Em dezembro de 2016, Henry e Lv publicaram uma ampla análise de GKMA versus o modelo de gás de fônon em Nature Scientific Reports . Seus resultados sugerem fortemente que o modelo de gás de fônon não é aplicável a sólidos amorfos. A pesquisa é apoiada em parte pelo Prêmio CAREER da National Science Foundation (NSF).

p O método GKMA pode ser aplicado a uma ampla gama de materiais, incluindo ligas, outros sólidos amorfos e até moléculas rígidas.

p Compreender e modelar com precisão esses sistemas pode levar a melhor, formas de materiais de uso diário com maior eficiência energética.

p "O projeto da Asegun é um excelente exemplo do tipo de esforço apoiado pela NSF:básico, muito complexo, e ainda potencialmente perturbador para a prática de engenharia, "disse José Lage, Diretor do programa NSF Thermal Transport Processes. "Seu esforço está na vanguarda de uma das mais excitantes novas áreas de pesquisa em processos de transporte térmico, e já afetou nossa compreensão de um fenômeno de engenharia muito complexo. "

p Em última análise, Henry espera usar os conhecimentos que obteve para identificar e projetar materiais com propriedades sem precedentes - materiais que podem transferir calor com muito mais eficiência e potencialmente até mesmo materiais supercondutores.

p "Estamos no limite de pressionar nossa comunidade a repensar o problema da condutividade térmica e explorar comportamentos para alcançar propriedades que antes eram consideradas impossíveis, " ele disse.

p Simulações de sonificação

p Os cientistas geralmente entendem os dados por meio de gráficos e visualizações. Mas é possível usar o som para interpretar informações complexas?

p Henry acredita que é, com base em suas experiências pessoais obtendo insights de gravações de vibrações atômicas. Seus esforços começaram quando ele estava tentando entender os resultados de uma simulação de uma cadeia de polímero esticada.

p "Se você olhar os dados, parece ruído branco, "Henry disse." Decidimos sonificar os dados, e assim que ouvimos, podíamos ouvir o padrão. "

p Henry, quem tem experiência em música, diz que isso faz sentido, dados os poderes naturais de processamento de áudio do cérebro.

p "O ouvido humano é melhor no reconhecimento de padrões do que o olho, "Henry disse." Se você interagir com um órgão que é melhor, você pode encontrar padrões que não são óbvios. "

p Desde então, ele tem sonificado as vibrações de vários materiais como uma forma de explorar seu significado.

p "Quando você ouve o palestrante, o ímã está fazendo os mesmos movimentos que o átomo está fazendo, " ele disse.

p Transformar propriedades atômicas em som também pode ser uma maneira eficaz de fazer com que os alunos se interessem por física e ciência dos materiais. Como parte de seu prêmio NSF CAREER, Henry tem liderado um programa de extensão de verão, onde afro-americanos e mulheres universitárias, professores de música do ensino médio, e alunos do ensino médio estão trabalhando para converter as vibrações dos átomos em arquivos de som.

p Eles vão gerar resultados para toda a tabela periódica e divulgar suas descobertas por meio de um aplicativo móvel que permite ouvir cada elemento.

p Os indivíduos poderão usar o aplicativo móvel para fazer música com esses sons, proporcionando uma nova maneira para o público aprender e apreciar a beleza da química.

p "A abordagem de usar a sonificação é bastante geral e pode ser significativa para muitas áreas, uma vez que explora uma propriedade básica da audição humana versus visão, "Henry disse." Esperançosamente, nosso aplicativo irá estimular mais uso em toda a ciência e engenharia. "