p Bruce White trabalhou com semicondutores e transistores na Motorola e na Texas Instruments. Mas quando ele deixou a indústria por um cargo no corpo docente da Binghamton University, o cientista de materiais decidiu levar sua pesquisa para uma nova direção. "Eu não queria apenas continuar a trabalhar com transistores e memória, "White diz." Eu queria tentar aplicar essas ferramentas a grandes problemas que impactam a sociedade. " p A energia é um desses grandes problemas; nos Estados Unidos, mais da metade da energia que queimamos a cada ano é perdida na forma de calor, em vez de ser usada.

p “Fazemos todo esse trabalho para tirar o petróleo do solo e refiná-lo, mas quando tentamos fazer algum trabalho com ele, a maior parte da energia sai pelo tubo de escape de um carro ou pela chaminé de uma usina de energia, "White diz." Mesmo se pudéssemos recuperar uma pequena fração do que jogamos fora como calor, isso teria um impacto significativo em nosso uso de energia. "

p Existem maneiras de transformar calor em eletricidade. Se um material estiver quente de um lado e frio do outro, o fluxo de calor do quente para o frio pode ser transformado em eletricidade. Mas a maioria dos materiais termelétricos no mercado hoje não são muito bons nisso. A parte complicada, White diz, é fazer com que o calor flua através do material na parte de trás dos elétrons. Na maioria dos materiais, o calor flui em uma onda que simplesmente faz os átomos do material vibrarem mais rápido. Esse não é um fenômeno útil, e acaba destruindo o importante diferencial quente-frio. Em muitos materiais, a vibração dos átomos carrega 90% do calor antes que ele possa ser aproveitado.

p O objetivo de White é criar materiais onde os efeitos vibracionais sejam minimizados - ou, em outras palavras, onde uma porcentagem maior do calor é transportada por elétrons, criando um fluxo de eletricidade. Ele também acha que é importante garantir que esses materiais sejam abundantes e não tóxicos.

p White pode ter encontrado um candidato no óxido de zinco, uma substância usada em muitas marcas de protetor solar. O óxido de zinco é abundante, barato e seguro, e é muito bom em mover elétrons. Infelizmente, em seu estado normal, o óxido de zinco tem uma estrutura molecular que transporta calor vibrando átomos em vez de transformá-lo em eletricidade.

p Ao manipular o óxido de zinco em nível molecular, White e seus colegas são capazes de torná-lo melhor na geração de eletricidade. Primeiro, eles esticam o material em fios que medem 50 nanômetros de diâmetro. (Isso é cerca de 10, 000 vezes mais fino do que um cabelo humano.) Essa magreza incrível muda a forma como o calor se espalha pelo material. Próximo, eles incorporam os nanofios em um aerogel de sílica, uma substância que é terrível em conduzir calor. Por causa das interações interessantes e únicas que ocorrem em escalas muito pequenas, os nanofios podem assumir as propriedades dos materiais circundantes. Nesse caso, os fios tornaram-se condutores de calor muito pobres. Sua capacidade de conduzir calor por meio de vibrações atômicas diminuiu por um fator de 10, então sua eficiência em transformar calor em eletricidade disparou. Os resultados foram publicados em abril de 2013 em Cartas de Física Aplicada , o melhor jornal da área.

p O que é particularmente empolgante sobre esta descoberta, White diz, é que os materiais dos fios e do aerogel podem ser misturados e combinados para personalizar as propriedades termoelétricas para diferentes aplicações, como aproveitamento de calor residual de uma usina de energia, carro ou forno doméstico. Como os aerogéis são quase transparentes, White até mesmo imagina fazer revestimentos de janela que exploram as diferenças de temperatura interna e externa para gerar eletricidade.

p Com os materiais certos, pode ser possível eliminar totalmente o motor de combustão interna. White e seus membros de laboratório acham que podem ter uma maneira de fazer isso. Tudo se resume ao silício, que é um excelente semicondutor - é por isso que nossos dispositivos eletrônicos são baseados em silício - mas também é muito bom na condução de calor por meio de vibrações atômicas. O grupo de White está se livrando dessas vibrações construindo um composto de estanho e silício usando uma nova técnica de fabricação que faz crescer o material camada por camada.

p O trabalho chamou a atenção do Escritório de Pesquisas Navais, que fornece financiamento para a pesquisa de White. "É o seu método de fabricação que realmente o torna diferente, "diz Robert Walters, chefe da Divisão de Dispositivos de Estado Sólido do Laboratório de Pesquisa Naval. "Bruce desenvolveu a técnica de fabricação que acreditamos que realmente alcançará a estrutura de estanho-silício em camadas, que achamos que realmente precisamos separar as propriedades térmicas e elétricas do silício. … É uma ideia muito boa. É inovador e é diferente de outras coisas que vimos. "

p O novo material compósito tem uma condutividade térmica de 1, 000 vezes menor do que o silício normal. O grupo espera torná-lo três vezes mais baixo ainda, tornando o cristal mais puro e com padrões mais uniformes. Se a condutividade térmica ficar tão baixa, o material seria tão bom para transformar calor em eletricidade que poderia alimentar um carro com a queima de uma chama.

p Isso está muito longe no futuro, no entanto. Enquanto trabalham no refinamento dos materiais que já desenvolveram, O grupo de White está prestes a criar materiais menos extremos que ainda podem ter um grande impacto. Materiais de aproveitamento de calor, que poderia ser adaptado no escapamento ou radiador de um carro, poderia em breve gerar eletricidade suficiente para alimentar os componentes eletrônicos do carro. "Isso por si só poderia aumentar a eficiência do combustível em alguns quilômetros por galão, "Diz White." Quando você pensa em integrá-lo a toda a frota automotiva, isso faz uma grande diferença. "