p Caracterizar e prever como o vidro de silicato aquecido eletricamente se comporta é importante porque ele é usado em uma variedade de dispositivos que geram inovações técnicas. O vidro de silicato é usado em telas de exibição. As fibras de vidro alimentam a Internet. Dispositivos de vidro em nanoescala estão sendo implantados para fornecer tratamentos médicos inovadores, como entrega de medicamentos direcionada e crescimento de tecido. p A descoberta de que, sob certas condições, o vidro de silicato aquecido eletricamente desafia uma lei da física há muito aceita, conhecida como a primeira lei de Joule, deve ser do interesse de um amplo espectro de cientistas, engenheiros, até mesmo o público em geral, de acordo com Himanshu Jain, Diamond Distinguished Chair do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Lehigh University.

p A base do aquecimento elétrico foi lançada por James Prescott Joule, um físico e matemático inglês, em 1840. Joule demonstrou que o calor é gerado quando a corrente elétrica passa por um resistor. Sua conclusão, conhecida como a primeira lei de Joule, simplesmente afirma que o calor é produzido em proporção ao quadrado de uma corrente elétrica que passa por um material.

p "Foi verificado repetidamente em metais homogêneos e semicondutores que aquecem uniformemente, como uma lâmpada incandescente faz, "diz Jain.

p Ele e seus colegas, que incluem Nicholas J. Smith e Craig Kopatz, ambos da Corning Incorporated, bem como Charles T. McLaren, um ex-Ph.D. estudante de Jain, agora um pesquisador da Corning - é autor de um artigo publicado hoje em Relatórios Científicos que detalha a descoberta de que o comum aquecido eletricamente, vidros de silicato homogêneos parecem desafiar a primeira lei de Joule.

p No papel, intitulado "Desenvolvimento de perfil de temperatura altamente não homogêneo em vidros de silicato alcalino aquecidos eletricamente, "os autores escrevem:" Ao contrário de metais e semicondutores condutores eletronicamente, com o tempo, o aquecimento do vidro condutor ionicamente torna-se extremamente não homogêneo com a formação de uma região de depleção de álcali em nanoescala, de modo que o vidro derreta perto do ânodo, até evapora, enquanto permanece sólido em outro lugar. A imagem infravermelha in situ mostra e a análise de elemento finito confirma as temperaturas localizadas mais de mil graus acima da amostra restante, dependendo se o campo é DC ou AC. "

p "Em nossos experimentos, o vidro ficou mais de mil graus Celsius mais quente perto do lado positivo do que no resto do vidro, o que foi muito surpreendente, considerando que o vidro era totalmente homogêneo para começar, "diz Jain." A causa desse resultado está na mudança na estrutura e na química do vidro em nanoescala pelo próprio campo elétrico, que então aquece esta nano-região com muito mais força. "

p Jain diz que a aplicação da clássica lei da física de Joule precisa ser reconsiderada cuidadosamente e adaptada para acomodar essas descobertas.

p Essas observações desvendam a origem de um amolecimento de vidro induzido por campo elétrico recentemente descoberto. Em um artigo anterior, Jain e seus colegas relataram o fenômeno de Amolecimento Induzido por Campo Elétrico. Eles demonstraram que a temperatura de amolecimento do vidro aquecido em um forno pode ser reduzida em até algumas centenas de graus Celsius simplesmente aplicando 100 Volt em uma amostra de polegada de espessura.

p "Os cálculos não ajudaram a explicar o que víamos simplesmente como aquecimento Joule padrão, "diz Jain." Mesmo sob condições muito moderadas, observamos vapores de vidro que exigiriam milhares de graus de temperatura mais alta do que a lei de Joule poderia prever! "

p A equipe então empreendeu um estudo sistemático para monitorar a temperatura do vidro. Eles usaram pirômetros infravermelhos de alta resolução para mapear o perfil de temperatura de toda a amostra. Novos dados, juntamente com suas observações anteriores, mostraram que o campo elétrico modificou o vidro dramaticamente e que eles tiveram que modificar a forma como a lei de Joule pode ser aplicada.

p Os pesquisadores acreditam que este trabalho mostra que é possível produzir calor em um vidro em uma escala muito mais fina do que pelos métodos usados ​​até agora, possivelmente em nanoescala. Isso permitiria, então, fazer novas estruturas ópticas e outras estruturas e dispositivos complexos na superfície do vidro com mais precisão do que antes.

p “Além de demonstrar a necessidade de qualificar a lei de Joule, os resultados são fundamentais para o desenvolvimento de novas tecnologias para a fabricação e fabricação de materiais de vidro e cerâmica, "diz Jain.