Quando os cientistas estão tentando tornar as coisas melhores, muitas vezes eles se voltam para uma regra padrão e tentam refutá-la ou interrompê-la.

Um consórcio de pesquisadores usando a única Fundição Molecular no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) decidiu fazer exatamente isso com a Lei de Planck.

Lei de Planck, que forma a base da teoria quântica, afirma que a radiação eletromagnética de corpos aquecidos é distribuída em uma ampla gama de comprimentos de onda e ampla gama de ângulos.

Contudo, O próprio Max Planck notou que a distribuição da energia emissora se desviaria significativamente de sua lei se o tamanho característico do objeto emissor fosse menor do que o comprimento de onda térmico (cerca de 10 micrômetros à temperatura ambiente). Com o advento da micro e nanotecnologia, é fácil fabricar materiais onde a Lei de Planck não se aplica.

Os pesquisadores se propuseram a determinar o desvio da Lei de Planck a fim de compreender esse impacto nas tecnologias baseadas em geometrias nano e microestruturadas. Imagine um material de armazenamento térmico que converte eletricidade em calor e o irradia para uma célula fotovoltaica para obter a eletricidade de volta quando desejado. O emissor radiativo do armazenamento térmico pode ser feito de nanoestruturas para maximizar o desempenho.

Outro exemplo está na área de termelétricas baseadas em nanogeometria de alta temperatura, onde o calor residual de alta temperatura é convertido em eletricidade. É importante entender a radiação desses recursos em nanoescala, como a radiação é a fonte dominante de vazamento de calor em altas temperaturas e levará à redução na eficiência de conversão de calor em eletricidade.

Indústria de Apoio

Pesquisas como essa é o foco dos laboratórios nacionais dos EUA. Os pesquisadores fazem as perguntas e fazem os experimentos que a indústria pode não ser capaz de apoiar desde o início.

Instalações para usuários científicos, como a Molecular Foundry, também auxiliam neste tipo de pesquisa. A Molecular Foundry é uma entidade de pesquisa em nanociências financiada pelo Departamento de Energia (DOE) que fornece aos usuários de todo o mundo acesso a conhecimentos de ponta, ferramentas de instrumentação e modelagem de forma colaborativa, ambiente multidisciplinar.

Nesse caso, pesquisadores usaram os modelos de radiação disponíveis na Fundição Molecular para modelar a radiação térmica de nanofitas retangulares de vidro de sílica, um material dielétrico polar. A modelagem foi realizada usando supercomputadores no National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), outra instalação de usuário DOE localizada no Berkeley Lab. Os experimentos foram conduzidos por pesquisadores da Universidade da Califórnia, San Diego.

"Ninguém explorou o comportamento relativo das nanogeometrias, particularmente nano-geometrias anisotrópicas - nanoestruturas que são retangulares em seção transversal - desta forma, "disse Ravi Prasher, um dos pesquisadores.

As aplicações práticas para esta conversão de energia em estágio inicial são importantes para muitas aplicações de energia renovável, como a produção concentrada de eletricidade solar, dessalinização de água, reações termoquímicas, aquecimento de água, e armazenamento térmico.

A publicação, "Emissão térmica coerente de campo distante de ressonância polaritônica em nanofitas anisotrópicas individuais, "foi publicado em Nature Communications em março de 2019.