Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio descobriram novas maneiras de controlar como o calor flui através de materiais finos empilhando camadas atomicamente finas de átomos em heteroestruturas de van der Waals. Ao comparar diferentes pilhas de materiais diferentes, ou mesmo o mesmo material após o tratamento térmico, eles descobriram que o acoplamento fraco e a incompatibilidade entre as camadas ajudaram a reduzir significativamente o transporte de calor. Sua descoberta promete controle sensível do fluxo de calor em nanoescala em dispositivos termoelétricos.
O calor está em toda parte e flui. O calor nos lugares errados também pode ser prejudicial. Os exemplos incluem o superaquecimento de eletrônicos, pois os microchips produzem mais calor do que podem se mover enquanto realizam tarefas computacionais intensivas. Isso pode danificar ou reduzir severamente a vida útil dos dispositivos eletrônicos, tornando o controle do fluxo de calor em nanoescala uma preocupação premente para a sociedade moderna.

Uma equipe liderada pelo professor Kazuhiro Yanagi, da Universidade Metropolitana de Tóquio, vem trabalhando em maneiras de produzir e lidar com camadas ultrafinas de uma classe de materiais conhecidos como dicalcogenetos de metais de transição. Aqui, eles pegaram camadas de dissulfeto de molibdênio e disseleneto de molibdênio com um único átomo de espessura e os empilharam em camadas de quatro (filmes de 4L). As camadas podem ser acopladas de diferentes maneiras. A maneira única e suave da equipe de transferir grandes folhas finas de átomo único permitiu que eles criassem pilhas de camadas unidas pelas forças de van der Waals. Eles também podem ser fortemente ligados por técnicas mais convencionais, especificamente deposição de vapor químico (CVD). Isso dá origem a uma série de permutações de como as camadas isoladas podem ser montadas e potencialmente controlam como o calor passa por elas.

Usando uma técnica de revestimento especial, eles foram capazes de detectar como quantidades minúsculas de calor passavam por essas pilhas com bastante precisão. Em primeiro lugar, eles descobriram que as camadas fortemente ligadas por CVD deixam passar significativamente mais calor do que suas contrapartes fracamente ligadas. Este efeito pode ser parcialmente revertido pelo recozimento de camadas fracamente retidas, tornando a ligação mais forte e melhorando o transporte de calor. Além disso, eles compararam pilhas de quatro camadas de sulfeto de molibdênio com uma estrutura semelhante a uma "lasanha" feita de camadas alternadas de sulfeto de molibdênio e seleneto de molibdênio. Tais heteroestruturas tinham um descasamento estrutural artificial entre camadas adjacentes de átomos, o que levou a níveis significativamente mais baixos de transferência de calor, mais de 10 vezes menos do que com camadas fortemente ligadas.

As descobertas da equipe não apenas demonstram um novo desenvolvimento técnico, mas fornecem regras gerais de design sobre como se pode controlar como o calor flui em nanoescala, se você deseja mais ou menos fluxo. Esses insights levarão ao desenvolvimento de isoladores ultrafinos e ultraleves, bem como de novos materiais termoelétricos, onde o calor pode ser efetivamente canalizado para conversão em eletricidade. + Explorar mais

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