p A Marinha dos Estados Unidos distribui eletricidade a bordo da maioria de seus navios como uma empresa de energia. Depende de condutores, transformadores e outras infraestruturas volumosas. p A configuração funciona, mas com poderosas armas de próxima geração no horizonte e o objetivo onipresente de eficiência energética, a Marinha está buscando alternativas aos sistemas convencionais de controle de energia.

p Uma opção envolve o uso de grafeno, que, desde sua descoberta em 2004, tornou-se o material de escolha para pesquisadores que trabalham para melhorar tudo, desde células solares a baterias de smartphones.

p De acordo, o Office of Naval Research concedeu aos engenheiros da University at Buffalo US $ 800, 000 concessão para desenvolver tiras estreitas de grafeno chamadas nanofitas que podem um dia revolucionar a forma como a energia é controlada em navios, smartphones e outros dispositivos eletrônicos.

p "Precisamos desenvolver novos nanomateriais capazes de lidar com maiores quantidades de densidades de energia em dispositivos muito menores. As nanofitas de grafeno mostram uma promessa notável neste esforço, "diz Cemal Basaran, PhD, um professor do Departamento de Civil da UB, Engenharia Estrutural e Ambiental, Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas, e o investigador principal da bolsa.

p O grafeno é uma única camada de átomos de carbono agrupados como um favo de mel. É extremamente fino, leve e forte. É também o condutor de calor e eletricidade mais conhecido.

p "A beleza do grafeno é que ele pode ser cultivado como organismos biológicos, em oposição à fabricação de materiais com técnicas tradicionais, "diz Basaran, diretor do Laboratório de Embalagem Eletrônica da UB. "Esses materiais bioinspirados nos permitem controlar suas organizações atômicas como o controle da composição do DNA genético de uma célula desenvolvida em laboratório."

p Embora promissor, os pesquisadores estão apenas começando a entender o grafeno e seus usos potenciais. Uma área de interesse são os sistemas de controle de energia.

p Como linhas elétricas aéreas, a maioria dos navios depende de cobre ou outros metais para mover eletricidade. Infelizmente, este processo é relativamente ineficiente; elétrons colidem uns com os outros e criam calor em um processo chamado aquecimento de Joule.

p "Você perde uma grande quantidade de energia assim, "Basaran diz." Com grafeno, você evita essas colisões porque conduz eletricidade em um processo diferente, conhecida como condução semibalística. É como um trem-bala de alta velocidade contra carros de choque. "

p Outra limitação da distribuição de energia baseada em metal é a infraestrutura volumosa - transistores, fios de cobre, transformadores, etc. - necessário para mover eletricidade. Seja em um navio ou computador tablet, os componentes ocupam espaço e adicionam peso.

p As nanofitas de grafeno oferecem uma solução potencial porque podem atuar como condutor (em vez de cobre) e semicondutor (em vez de silício). Além disso, sua capacidade de resistir a falhas sob cargas de energia extremas é aproximadamente 1, 000 vezes maior que o cobre.

p Isso é um bom presságio para a Marinha, que, como segmentos da indústria automotiva, está se voltando para veículos elétricos.

p Recentemente, lançou um contratorpedeiro totalmente elétrico; as hélices e eixos de transmissão do navio são movidos por motores elétricos, em oposição a estar conectado a motores de combustão. O sistema integrado de geração e distribuição de energia também pode ser usado para disparar armas de próxima geração, como railguns e poderosos lasers. E a automação permitiu que a Marinha reduzisse a tripulação do navio, o que coloca menos marinheiros em situações potencialmente perigosas.

p As nanofitas de grafeno podem melhorar esses sistemas, tornando-os mais robustos e eficientes em termos de energia, Disse Basaran. Ele e uma equipe de pesquisadores irão:

• Projete simulações complexas que examinam como as nanofitas de grafeno podem ser usadas como uma chave liga / desliga.
• Explore como adicionar hidrogênio e outros elementos, um processo conhecido como "doping, "às nanofitas de grafeno pode melhorar seu desempenho.
• Investigue o limite de falha das nanofitas de grafeno sob cargas de alta potência e tente encontrar maneiras de melhorá-lo.

p A pesquisa será realizada nos próximos quatro anos.