p Uma descoberta feita por cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge, do Departamento de Energia, apóia uma teoria centenária de Albert Einstein que explica como o calor se move por tudo, desde canecas de viagem até peças de motor. p A transferência de calor é fundamental para todos os materiais. Esta nova pesquisa, publicado no jornal Ciência , isoladores térmicos explorados, que são materiais que bloqueiam a transmissão de calor.

p "Vimos evidências do que Einstein propôs pela primeira vez em 1911 - que a energia do calor salta aleatoriamente de átomo a átomo em isoladores térmicos, "disse Lucas Lindsay, teórico de materiais no ORNL. "O salto é uma adição ao fluxo normal de calor através da vibração coletiva dos átomos."

p O salto de energia aleatório não é perceptível em materiais que conduzem bem o calor, como cobre no fundo de panelas durante o cozimento, mas pode ser detectável em sólidos que são menos capazes de transmitir calor.

p Esta observação avança a compreensão da condução de calor em isoladores térmicos e ajudará na descoberta de novos materiais para aplicações de termelétricas que recuperam o calor residual para revestimentos de barreira que evitam a transmissão de calor.

p Lindsay e seus colegas usaram ferramentas sofisticadas de detecção de vibração para detectar o movimento dos átomos e supercomputadores para simular a jornada de calor através de um cristal simples à base de tálio. A análise revelou que as vibrações atômicas na estrutura do cristal eram lentas demais para transmitir muito calor.

p "Nossas previsões foram duas vezes mais baixas do que observamos em nossos experimentos. Ficamos inicialmente perplexos, "Lindsay disse." Isso levou à observação de que outro mecanismo de transferência de calor deve estar em ação. "

p Saber que existe o segundo canal de transferência de calor de salto de energia aleatório informará os pesquisadores sobre como escolher materiais para aplicações de gerenciamento de calor. Esta descoberta, se aplicado, poderia reduzir drasticamente os custos de energia, emissões de carbono e calor residual.

p Muitos materiais úteis, como o silício, têm uma rede de átomos quimicamente ligada. O calor é geralmente transportado por esta rede por vibrações atômicas, ou ondas sonoras. Essas ondas de calor se chocam, o que retarda a transferência de calor.

p "O material à base de tálio que estudamos tem uma das mais baixas condutividades térmicas de qualquer cristal, "Lindsay disse." Grande parte da energia vibratória está confinada a átomos individuais, e a energia então salta aleatoriamente através do cristal. "

p "Tanto as ondas sonoras quanto o mecanismo de salto de calor teorizado por Einstein caracterizam um modelo de dois canais, e não apenas neste material, mas em vários outros materiais que também demonstram condutividade ultrabaixa, "disse o cientista de materiais do ORNL David Parker.

p Por enquanto, o salto de calor só pode ser detectado em isoladores térmicos excelentes. "Contudo, este canal de salto de calor pode muito bem estar presente em outros sólidos cristalinos, criando uma nova alavanca para gerenciar o calor, " ele disse.

p O co-autor principal do estudo foi Saikat Mukhopadhyay, um ex-associado de pesquisa de pós-doutorado no ORNL e atualmente um associado de pesquisa do National Research Council no Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA.

p Co-autores adicionais do artigo intitulado, "Modelo de dois canais para condutividade térmica ultrabaixo de cristalino Tl3VSe4, "incluiu David S. Parker do ORNL, Brian C. Sales, Alexander A. Puretzky, Michael A. McGuire e Lucas Lindsay.