Movendo o calor para onde você deseja - adicionando-o a casas e secadores de cabelo, removê-lo de motores de automóveis e refrigeradores - é um dos grandes desafios da engenharia.

Toda atividade gera calor, porque a energia escapa de tudo o que fazemos. Mas muito pode desgastar baterias e componentes eletrônicos - como peças em um laptop velho que esquenta demais para realmente ficar no seu colo. Se você não consegue se livrar do calor, você tem um problema.

Cientistas da Universidade de Chicago inventaram uma nova maneira de canalizar o calor em nível microscópico:um isolante térmico feito com uma técnica inovadora. Eles empilham camadas ultrafinas de folhas cristalinas umas sobre as outras, mas gire cada camada ligeiramente, criando um material com átomos alinhados em uma direção, mas não na outra.

"Pense em um cubo de Rubik parcialmente acabado, com camadas todas giradas em direções aleatórias, "disse Shi En Kim, um aluno de pós-graduação da Pritzker School of Molecular Engineering, o primeiro autor do estudo. "O que isso significa é que dentro de cada camada do cristal, ainda temos uma rede ordenada de átomos, mas se você mover para a camada vizinha, você não tem ideia de onde os próximos átomos estarão em relação à camada anterior - os átomos são completamente confusos nesta direção. "

O resultado é um material que é extremamente bom em conter calor e movê-lo, embora em direções diferentes, uma habilidade incomum em microescala, e um que poderia ter aplicações muito úteis em eletrônica e outras tecnologias.

"A combinação de excelente condutividade de calor em uma direção e excelente isolamento na outra direção não existe na natureza, "disse o autor principal do estudo Jiwoong Park, professor de química e engenharia molecular da Universidade de Chicago. "Esperamos que isso abra uma direção inteiramente nova para a fabricação de novos materiais."

Os cientistas estão constantemente em busca de materiais com propriedades incomuns, porque eles podem desbloquear recursos completamente novos para dispositivos como eletrônicos, sensores, tecnologia médica ou células solares. Por exemplo, As máquinas de ressonância magnética foram possibilitadas pela descoberta de um material estranho que pode conduzir eletricidade perfeitamente.

O grupo de Park estava investigando maneiras de fazer camadas extremamente finas de materiais, que têm apenas alguns átomos de espessura. Normalmente, os materiais usados ​​para os dispositivos são feitos de materiais extremamente regulares, repetindo redes de átomos, o que torna muito fácil para a eletricidade (e o calor) se moverem pelo material. Mas os cientistas se perguntaram o que aconteceria se eles, em vez disso, girassem levemente cada camada sucessiva à medida que as empilhavam.

Eles mediram os resultados e descobriram que uma parede microscópica feita desse material era extremamente boa para evitar que o calor se movesse entre os compartimentos. "A condutividade térmica é incrivelmente baixa - tão baixa quanto o ar, que ainda é um dos melhores isolantes que conhecemos, "disse Park." Isso por si só é surpreendente, porque é muito incomum encontrar essa propriedade em um material que é um sólido denso - esses tendem a ser bons condutores de calor. "

Mas o ponto que foi realmente empolgante para os cientistas foi quando eles mediram a capacidade do material de transportar calor ao longo da parede, e descobri que poderia fazer isso facilmente.

Essas duas propriedades combinadas podem ser muito úteis. Por exemplo, tornar os chips de computador cada vez menores resulta em mais e mais energia em um pequeno espaço, criando um ambiente com alta "densidade de energia" - um ponto de acesso perigoso, disse Kim.

"Você basicamente está assando seus dispositivos eletrônicos em níveis de potência, como se os estivesse colocando em um forno de micro-ondas, "ela disse." Um dos maiores desafios da eletrônica é cuidar do calor nessa escala, porque alguns componentes eletrônicos são muito instáveis ​​em altas temperaturas.

"Mas se pudermos usar um material que tanto pode conduzir calor quanto isolar calor ao mesmo tempo em direções diferentes, podemos extrair o calor da fonte de calor - como a bateria - enquanto evitamos as partes mais frágeis do dispositivo. "

Essa capacidade pode abrir portas para a experimentação de materiais que são muito sensíveis ao calor para os engenheiros usarem em eletrônica. Além disso, criar um gradiente térmico extremo - onde algo está muito quente de um lado e frio do outro - é difícil de fazer, particularmente em escalas tão pequenas, mas pode ter muitas aplicações em tecnologia.

"Se você pensar no que a vidraça fez por nós - sendo capaz de manter as temperaturas externa e interna separadas - você pode ter uma noção de como isso pode ser útil, "Park disse.

Os cientistas testaram sua técnica de estratificação em apenas um material, chamado dissulfeto de molibdênio, mas acho que esse mecanismo deve ser geral para muitos outros. "Espero que isso abra uma direção totalmente nova para a fabricação de condutores térmicos exóticos, "Kim disse.