Esta imagem de microscopia eletrônica mostra os dois semicondutores sobrepondo-se na área escura no centro, que é onde ocorre a maior parte do resfriamento. Os pequenos pontos são nanopartículas de índio, que a equipe usou como termômetros.
[Imagem: UCLA/Regan Group]
Refrigerador termoelétrico
William Hubbard e seus colegas da Universidade da Califórnia de Los Angeles acabam de superar o recorde anterior de menor geladeira do mundo.
Eles criaram refrigeradores termoelétricos que têm apenas 100 nanômetros de espessura.
É claro que não são geladeiras como as que temos em casa, elas não têm portas ou gavetas - na verdade nem mesmo têm "dentro", elas esfriam do lado de fora. Mas seu princípio de funcionamento é o mesmo usado para resfriar computadores e outros aparelhos eletrônicos, para regular a temperatura em redes de fibra óptica e para reduzir o "ruído" em telescópios e câmeras digitais.
Os materiais termoelétricos - formados por um sanduíche de dois semicondutores diferentes colocados entre placas metalizadas - funcionam de duas maneiras.
Quando recebem calor, um lado fica quente e o outro permanece frio; essa diferença de temperatura pode ser usada para gerar eletricidade. Os instrumentos da espaçonave Voyager, por exemplo, são alimentados há mais de 40 anos pela eletricidade gerada por materiais termoelétricos enrolados em plutônio produtor de calor. Há uma grande expectativa de usar mecanismos termoelétricos para reciclar o calor indesejado, seja da indústria, do escapamento dos carros ou qualquer outra fonte, e gerar eletricidade.
Mas esse processo também pode ser executado ao contrário. Quando uma corrente elétrica é aplicada ao dispositivo, um lado fica quente e o outro frio, permitindo que ele sirva como refrigerador. Essa tecnologia ampliada poderá no futuro substituir o sistema de compressão das geladeiras atuais, viabilizando as geladeiras de estado sólido.
O que os pesquisadores fizeram foi miniaturizar esse sanduíche em um nível que ninguém havia conseguido.
Esquema do refrigerador termoelétrico.
[Imagem: William A. Hubbard et al. - 10.1021/acsnano.0c03958]
Menor geladeira do mundo
A equipe usou dois materiais semicondutores comuns, o telureto de bismuto e o telureto de antimônio-bismuto. Imitando o modo como o grafeno foi descoberto, eles colaram uma fita adesiva comum em pedaços desses materiais e, ao retirar a fita, colheram flocos finos de cristais de cada material. A partir desses flocos, eles construíram dispositivos funcionais com apenas 100 nanômetros de espessura e um volume ativo total de cerca de 1 micrômetro cúbico, o que é invisível a olho nu.
"Batemos o recorde do menor refrigerador termoelétrico do mundo por um fator de mais de dez mil," disse o pesquisador Xin Ling, membro da equipe. E, por ser muito pequeno, o dispositivo reage muito rapidamente, tirando o calor de seu entorno em pouquíssimo tempo.
Para medir a temperatura de seus refrigeradores termoelétricos, os pesquisadores depositaram nanopartículas feitas do elemento índio em torno deles e selecionaram uma partícula específica para ser seu termômetro. Conforme a equipe variava a quantidade de energia aplicada aos refrigeradores, as nanopartículas também aqueciam e resfriavam e, como resultado, se expandiam e contraíam. Medindo a densidade do índio, os pesquisadores puderam determinar a temperatura precisa da nanopartícula e, portanto, do refrigerador.
Bibliografia:
Artigo: Electron-Transparent Thermoelectric Coolers Demonstrated with Nanoparticle and Condensation Thermometry
Autores: William A. Hubbard, Matthew Mecklenburg, Jared J. Lodico, Yueyun Chen, Xin Yi Ling, Roshni Patil, W. Andrew Kessel, Graydon J. K. Flatt, Ho Leung Chan, Bozo Vareskic, Gurleen Bal, Brian Zutter, B. C. Regan
Revista: ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.0c03958
