p Do seu carro quente ao seu laptop quente, cada máquina e dispositivo em sua vida desperdiça muita energia com a perda de calor. Mas dispositivos termoelétricos, que convertem calor em eletricidade e vice-versa, pode aproveitar esse calor desperdiçado, e possivelmente fornecer a eficiência energética de tecnologia verde necessária para um futuro sustentável. p Agora, um novo estudo mostra como substâncias porosas podem atuar como materiais termoelétricos - apontando o caminho para a engenharia do uso desses materiais em dispositivos termoelétricos do futuro.

p Cerca de 70 por cento de toda a energia gerada no mundo é desperdiçada como calor, disse Dimitris Niarchos do Centro Nacional de Pesquisa Científica Demokritos em Atenas, Grécia. Ele e Roland Tarkhanyan, também do NCSR Demokritos, publicaram suas análises no jornal Materiais APL , da AIP Publishing.

p Para criar a tecnologia necessária para capturar esse calor, pesquisadores em todo o mundo têm tentado desenvolver materiais termoelétricos mais eficientes. Um material promissor é aquele que é preenchido com pequenos orifícios que variam em tamanho de cerca de um mícron (10-6 metros) a cerca de um nanômetro (10 ^-9 metros). "Termelétricas porosas podem desempenhar um papel significativo na melhoria da termelétrica como uma alternativa viável para a colheita de calor desperdiçado, "Niarchos disse.

p O calor viaja através de um material via fônons, unidades quantizadas de vibração que atuam como partículas transportadoras de calor. Quando um phonon bate em um buraco, ele se espalha e perde energia. Fonons, portanto, não podem transportar calor através de um material poroso de forma tão eficiente, dando ao material uma baixa condutividade térmica, o que acaba aumentando a eficiência da conversão de calor em eletricidade. Quanto mais poroso o material, quanto menor a condutividade térmica, e melhor é como material termoelétrico.

p Até aqui, Contudo, pesquisadores ainda precisam modelar sistematicamente como os materiais porosos mantêm baixa condutividade térmica, Disse Niarchos. Então, ele e Tarkhanyan estudaram as propriedades térmicas de quatro estruturas modelo simples de materiais micronano porosos. Esta análise, Niarchos diz, fornece um esboço de como projetar tais materiais para dispositivos termoelétricos.

p Geral, os pesquisadores descobriram que quanto menores os poros e mais próximos eles estão compactados, quanto menor a condutividade térmica. Seus cálculos correspondem bem aos dados de outros experimentos, Disse Niarchos. Eles também mostram que, em princípio, materiais micro-nano porosos podem ser várias vezes melhores na conversão de calor em eletricidade do que se o material não tivesse poros.

p O primeiro modelo descreve um material preenchido com buracos de tamanhos aleatórios, variando de mícrons a nanômetros de diâmetro. O segundo é aquele com várias camadas em que cada camada contém poros de diferentes escalas de tamanho, o que lhe dá uma porosidade diferente. O terceiro é um material composto de uma rede cúbica tridimensional de orifícios idênticos. O quarto é outro sistema de várias camadas. Mas neste caso, cada camada contém uma rede cúbica de orifícios idênticos. O tamanho dos orifícios é diferente em cada camada.

p De acordo com a análise, o primeiro e o quarto modelos têm condutividades térmicas mais baixas do que o segundo. O terceiro modelo parece ser o melhor, pois também tem uma condutividade térmica mais baixa do que o quarto modelo.

p Exceto pelo primeiro modelo, Contudo, todos os modelos não são práticos porque representam situações idealizadas com um arranjo perfeito de poros, Disse Niarchos. Também é praticamente impossível criar poros de tamanhos precisamente iguais. O primeiro modelo é, portanto, o mais realista.

p Ainda, ele disse, todos os modelos distintos demonstram a importância da porosidade em materiais termelétricos. Construído com base em fórmulas analíticas simples e gerais, os modelos permitem um cálculo muito rápido e preciso da condutividade térmica efetiva da rede de um material poroso e a análise sistemática de tais materiais.