Para alguns, a mera menção de metal líquido pode evocar visões do T-1000:o vilão que muda de forma e quase invencível que esquenta o futuro salvador da humanidade em "Exterminador do Futuro 2".
Mas para Eric Markvicka e colegas da Universidade de Nebraska-Lincoln, gotículas do material estão emergindo como protagonistas na busca para dissipar o calor – e evitar o superaquecimento – em tecnologia vestível, robótica leve e outras aplicações microeletrônicas.

"À medida que o poder de computação aumenta, a dissipação térmica se torna um fator cada vez mais importante", disse Markvicka, professor assistente de engenharia mecânica e de materiais.

Não está ajudando? O fato de que muitos dispositivos vestíveis e outras tecnologias inteligentes estão incorporando materiais maleáveis ​​e elásticos que reduzem o peso e aumentam o conforto, mas também retêm o calor. Para resolver o problema, Markvicka e outros engenheiros tentaram carregar os materiais isolantes com gotículas de metal líquido que conduzem naturalmente o calor e, consequentemente, podem levá-lo para longe da microeletrônica que o gera.

A abordagem funcionou, até certo ponto. No entanto, nesse ponto veio uma percepção preocupante:embora as gotículas de metal líquido melhorem a condutividade térmica, sua densidade - e o número necessário para realmente aumentar essa condutividade - também pode adicionar uma quantidade impraticável de peso.

Esse cabo de guerra entre a condutividade térmica e a densidade deixou os engenheiros paralisados. Mas em um novo estudo, a equipe de Markvicka mostrou que incorporar um material de silicone com gotículas à base de gálio – e, crucialmente, incorporar essas gotículas com esferas microscópicas de vidro oco – pode reter o aumento na dissipação de calor sem sacrificar a flexibilidade leve do material.

"Ainda é macio e emborrachado, mas tem uma condutividade térmica que se aproxima de alguns metais rígidos, como titânio ou aço inoxidável, com aproximadamente metade da densidade desses metais", disse Markvicka. "Esta combinação de propriedades torna o material único e interessante."

Ao experimentar as microesferas de vidro, os pesquisadores testaram versões do silicone cujas gotículas de metal líquido abrigavam volumes variados do vidro oco, de 0% a 50%. O aumento de 50% no volume levou a uma diminuição de 35% na densidade geral do material e apenas uma queda de 14% na condutividade térmica, esta última já partindo de uma linha de base mais alta do que no silicone sem o metal líquido.

Essa conquista, por si só, foi suficiente para que os engenheiros comemorassem. Markvicka, o orientando de doutorado Ethan Krings e seus colegas não terminaram, no entanto. Com a ajuda do trabalho de modelagem anterior, a equipe de Nebraska desenvolveu o que Markvicka descreveu como um "mapa de contorno" para orientar a futura adaptação de materiais macios que dependem da abordagem de boneca russa da equipe.

Ao desenvolver o mapa, a equipe estava formalizando o que seus experimentos estavam revelando:que uma engenharia cuidadosa pode liberar as propriedades normalmente entrelaçadas de um polímero, garantindo um controle incomparável sobre o desempenho do material.

Um eixo do mapa representa o volume de gotículas de metal líquido em um material; o outro eixo quantifica o volume de microesferas de vidro nas gotículas. Modificar apenas o volume das microesferas de vidro, mostrou o mapa, pode alterar a densidade do material, deixando a condutividade térmica quase completamente inalterada. Modificar as proporções de vidro e metal líquido, entretanto, pode alterar a condutividade térmica sem afetar a densidade.

"Então, conseguimos mostrar que agora podemos controlar independentemente a condutividade térmica e a densidade nesses compósitos, o que nunca foi mostrado antes", disse Markvicka, cuja equipe detalhou sua prova de conceito na revista Small.

Os pesquisadores demonstraram ainda esse controle fabricando várias versões de silicone do Nebraska N da universidade. Cada versão tinha uma densidade diferente, como evidenciado pelo fato de que o mais denso afundava no fundo de um cilindro cheio de líquido, o menos denso flutuava no topo, e uma versão moderadamente densa flutuava entre os dois. Apesar de suas densidades variadas, o calor do N dissipava aproximadamente a mesma taxa quando a eletricidade era conduzida através de um elemento de aquecimento implantado em cada um.

Markvicka vê inúmeras maneiras de um material macio, mas termicamente condutor, beneficiar a tecnologia emergente. Para começar, ele disse, isso pode ajudar a aliviar as limitações no poder de computação da microeletrônica que é espremida na tecnologia vestível, facilitando o caminho para dispositivos mais rápidos com mais funcionalidade.

Engenheiros de tecnologia digital em larga escala, incluindo computadores e consoles de jogos, também podem achar útil ao criar os chamados materiais de interface que transportam quantidades substanciais de calor de, digamos, processadores para refrigerantes líquidos. O console PlayStation 5, por exemplo, já usa metal líquido para isso.

Além disso, estão as aplicações óbvias em roupas termorreguladoras, disse Markvicka, que podem monitorar a temperatura da pele de um usuário e, em seguida, fornecer ou remover calor de acordo.

"Muitas das grandes empresas de ferramentas têm essas jaquetas e equipamentos aquecidos para ajudar os trabalhadores a se manterem aquecidos em ambientes frios", disse ele. "Este material pode funcionar como um dissipador de calor passivo para obter um aquecimento mais uniforme em toda a jaqueta e eliminar pontos quentes, sem restringir o movimento do usuário.

“Qualquer coisa com a qual o corpo humano interage, pode haver aplicações para este material”. + Explorar mais

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