Cola metálica promete substituir solda

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A cola metálica, ou "solda sem calor", promete ser particularmente útil na indústria eletrônica. [Imagem: Stagon et al.]

Solda sem calor

Um novo tipo de cola metálica promete nada menos do que substituir o processo de soldagem.

Tanto que Stephen Stagon e seus colegas da Universidade Northeastern, nos EUA, chamam-na de "solda sem calor".

Stagon diz que essa cola metálica é perfeita para juntar materiais eletrônicos, dentro ou fora dos chips, peças delicadas de vidro ou mesmo filamentos metálicos dentro de uma lâmpada.

A cola sela a temperatura ambiente mediante uma leve pressão.

Quem explica detalhadamente o processo, logo abaixo, é o professor Hanchen Huang, que já se juntou aos seus alunos para criar uma empresa e colocar a "solda sem calor" no mercado.

Cola metálica

"Tanto 'metal' quanto 'cola' são termos familiares para a maioria das pessoas, mas sua combinação é nova e se tornou possível graças a propriedades únicas de nanobastões metálicos - hastes extremamente pequenas com núcleos de metal que nós revestimos com o elemento índio de um lado e o elemento gálio do outro.

"Estas hastes revestidas são dispostas ao longo de um substrato como os dentes em um pente: há um pente de baixo e um pente de cima. Nós então entrelaçamos esses 'dentes'.

"Quando o índio e o gálio entram em contato, eles formam um líquido. O núcleo de metal dos nanobastões atua para tranformar esse líquido em um sólido. A cola resultante fornece a força e a condutividade térmica e elétrica de uma ligação metálica," explicou Huang.

O pesquisador acrescenta que, além de resultar em conexões metálicas similares às obtidas com a solda a quente tradicional, a cola metálica torna o processo mais rápido, mais simples, com menor risco de danos às peças e, acima de tudo, custa menos.

"A cola metálica tem múltiplas aplicações, muitas delas na indústria eletrônica. Como condutor de calor, ela pode substituir a pasta térmica atual, e como condutor elétrico pode substituir as soldas de hoje. Isso envolve produtos que incluem células solares, acessórios para tubos e componentes para computadores e dispositivos móveis," finalizou Huang.

Bibliografia:

Mettalic Glue for Ambient Environments Making Strides
Stephen Stagon, Alex Knapp, Paul Elliott, Hanchen Huang
Advanced Materials & Processes

Material do futuro é sintetizado por mecanoquímica

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Os cristais sintetizados mecanicamente geraram células solares com um desempenho 10% superior a outras feitas com perovskitas sintetizadas pelos métodos químicos tradicionais. [Imagem: Lewinski Group]

Química de estado sólido

Um dos materiais mais promissores para uma nova geração de células solares, LEDs e memórias RAM pode ser fabricado facilmente por meios puramente mecânicos.

O uso da mecanoquímica para fabricar cristais de perovskita foi descoberto por Daniel Prochowicz e seus colegas da Universidade de Tecnologia de Varsóvia, na Polônia.

Em lugar das soluções de compostos químicos agressivos em altas temperaturas, os cristais de perovskita agora podem ser sintetizados em estado sólido, por um processo mecanoquímico que consiste basicamente em misturar e moer pós.

E o processo terá aplicações mais amplas.

"Com a ajuda da mecanoquímica, podemos sintetizar uma variedade de materiais funcionais híbridos inorgânicos-orgânicos com grande importância para o setor de energia. Nossas 'filhas' mais jovens são perovskitas de alta qualidade. Estes compostos podem ser usados para fabricar finas camadas sensíveis à luz de células solares de elevada eficiência," disse o professor Janusz Lewinski, coordenador da equipe.

Mecanoquímica

Para sintetizar mecanicamente as perovskitas, a equipe usou um moinho de bolas no qual são inseridos dois pós: um branco, o iodedo metilamônio (CH3NH3I), e outro amarelo, o iodedo de chumbo (PbI2).

"Depois de alguns minutos de moagem, não fica nenhum traço dos ingredientes. Dentro do moinho fica apenas um pó preto homogêneo, a perovskita CH3NH3PbI3," explica Anna Maria Cieslak, da Academia Polonesa de Ciências.

"Horas e horas de espera pelo produto da reação? Solventes? Temperaturas altas? No nosso método, tudo isso se torna desnecessário! Nós produzimos compostos químicos por meio de reações que ocorrem apenas em sólidos a temperatura ambiente," disse Prochowicz.

A equipe usou um moinho de bolas no qual são inseridos dois pós: um branco, o iodedo metilamônio (CH3NH3I), e outro amarelo, o iodedo de chumbo (PbI2). O material resultante (preto) pode ser visto no centro. [Imagem: IPC PAS/Grzegorz Krzyzewski]

Para ver se o material resultante era bom, a equipe o enviou para o professor Michael Graetzel, da Escola Politécnica de Lausanne, na Suíça, especialista em células solares. O resultado foram células solares com um desempenho 10% superior a outras feitas com perovskitas sintetizadas pelos métodos químicos tradicionais.

"O método mecanoquímico de síntese de perovskitas é o método mais ambientalmente amigável de produzir esta classe de materiais. Simples, rápido e eficiente, ele é ideal para aplicações industriais. Com toda a responsabilidade, podemos afirmar: as perovskitas são os materiais do futuro, e a mecanoquímica é o futuro das perovskitas," disse o professor Lewinski.

Perovskitas

Perovskitas são um grande grupo de materiais, caracterizado por uma estrutura cristalina bem definida.

Na natureza, a perovskita aparece como um mineral chamado óxido de cálcio titânio(IV), ou CaTiO3. Nele, os átomos de cálcio são dispostos nos cantos de um cubo, no meio de cada uma das paredes há um átomo de oxigênio e no centro do cubo há um átomo de titânio.

Em outros tipos de perovskitas, a mesma estrutura cristalina pode ser construída de vários compostos orgânicos e inorgânicos, o que significa que o titânio pode ser substituído, por exemplo, por chumbo, estanho ou germânio.

Como resultado, as propriedades de cada perovskita podem ser ajustadas de modo a melhor se adequar à aplicação desejada, por exemplo, em energia fotovoltaica, LEDs e telas, mas também na construção de eletroímãs supercondutores, transformadores de alta tensão, geladeiras magnéticas, sensores de campo magnético, catálise ou memórias RAM capazes de guardar trits, em vez de bits.

Bibliografia:

Mechanosynthesis of the hybrid perovskite CH3NH3PbI3: characterization and the corresponding solar cell efficiency
D. Prochowicz, M. Franckevicius, A. M. Cieslak, S. M. Zakeeruddin, M. Grätzel, J. Lewinski
Journal of Materials Chemistry A
Vol.: 3, 20772-20777
DOI: 10.1039/C5TA04904K

Li-Fi: México torna-se pioneiro em internet por luz

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A empresa mexicana também está disponibilizando soluções Li-Fi para abajures e luminárias de mesa.[Imagem: InvDes]

Li-Fi

O México tornou-se o primeiro país a colocar no mercado a tecnologia de conexão Li-Fi, que promete substituir a Wi-Fi.

A tecnologia Li-Fi permite a transmissão de áudio, vídeo e internet até 100 vezes mais rápido, através da luz de LEDs e outras luminárias, ou seja, por meio de luz visível, substituindo as ondas de rádio do sistema Wi-Fi.

"Imagine ter internet através de cada luminária, evitando os problemas de velocidade e largura de banda saturadas porque todo mundo está conectado," disse Arturo Campos, responsável pelo lançamento do serviço, chamado LedCom, da empresa Sisoft.

Segundo ele, a taxa de transmissão do Li-Fi permitirá o aumento da velocidade da internet para até 10 gigabits por segundo em alguns casos, o equivalente ao download de um filme HD em apenas 30 segundos, embora a velocidade dependa da empresa fornecedora.

E uma já vislumbrada segunda geração da tecnologia poderá alcançar larguras de banda ainda maiores, assim que os lasers brancos consigam sair dos laboratórios.

Custos do Li-Fi

Para transmitir os sinais por luz, os chips Li-Fi da SiSoft foram projetados para captar os sinais do roteador e convertê-los em alterações no brilho emitido pelos LEDs. O receptor é conectado ao computador por uma porta USB.

A empresa anunciou uma capacidade de produção de 10.000 chips Li-Fi por mês.

Campos afirmou que serão colocados no mercado diferentes kits, que variam de cinco lâmpadas até a iluminação completa de uma casa ou escritório, garantindo a transmissão de dados para qualquer canto iluminado.

Os custos vão depender do tipo de luminária, sendo estimados entre 50 e 400 dólares (R$200 a R$1.600), incluindo o transmissor, receptor e a instalação. A estimativa é que as lâmpadas tenham um tempo de vida de dois anos.

Memória antiferromagnética nasce para revolucionar armazenamento de dados

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A memória antiferromagnética passa a ser uma excelente candidata para a tão esperada "memória universal", que poderá substituir todos os outros tipos de memória na computação. [Imagem: P. Wadley et al. - 10.1126/science.aab1031]

Memória ultrarrápida

O magnetismo secreto dos antiferromagnetos tem deslumbrado os físicos nos últimos anos, abrindo caminho para uma "nanotecnologia de superfície" que abrange da tradicional eletrônica à computação quântica, passando pela plasmônica e pela spintrônica.

Graças a esse esforço, está nascendo agora a primeira memória antiferromagnética, um tipo de memória completamente diferente das memórias digitais atuais.

Uma equipe internacional de pesquisadores da Europa e do Japão descobriu como os "spins magnéticos" dos materiais antiferromagnéticos podem ser controlados para criar uma memória digital extremamente rápida.

"Este trabalho demonstra o primeiro controle dos antiferromagnetos por corrente elétrica. Ele utiliza um fenômeno físico inteiramente novo e, ao fazer isso, demonstra o primeiro dispositivo de memória totalmente antiferromagnético. Isso pode ser extremamente significativo, já que os antiferromagnetos têm um conjunto intrigante de propriedades, incluindo um limite teórico de velocidade de comutação aproximadamente 1.000 vezes mais rápido do que as melhores tecnologias de memória atuais," disse o professor Peter Wadley, da Universidade de Nottingham, no Reino Unido.

Memória universal

A promessa é de um consumo mínimo de energia e maior velocidade, o que resultará em aparelhos portáteis com menor consumo de bateria e aparelhos de mesa mais eficientes.

Esta forma de memória digital inteiramente nova não produz campos magnéticos, ou seja, os elementos individuais podem ficar mais juntos dentro do chip, levando a uma maior densidade de armazenamento. A memória antiferromagnética também é insensível à radiação e a campos magnéticos, o que a torna particularmente adequada para aplicações espaciais e em aviônica.

Se todo esse potencial puder ser passado dos laboratórios para as fábricas, a memória antiferromagnética passa a ser uma excelente candidata para a tão esperada "memória universal", que poderá substituir todos os outros tipos de memória na computação.

Estrutura do cristal antiferromagnético, que foi cultivado camada por camada sob vácuo. [Imagem: P. Wadley et al. - 10.1126/science.aab1031]

Memória antiferromagnética

A memória antiferromagnética foi construída em um cristal especial, feito de cobre, manganês e arsênio (CuMnAs), crescido em vácuo quase completo, uma camada atômica de cada vez - ou seja, é uma memória totalmente antiferromagnética, sem nenhum elemento híbrido.

A equipe demonstrou que o alinhamento dos momentos magnéticos - os spins - do antiferromagneto pode ser controlado com pulsos elétricos disparados através do material.

"A corrente elétrica gera um torque quântico sobre os spins individuais e permite que cada uma deles se incline em 90 graus," explica o professor Frank Freimuth, do Instituto Peter Grunberg, na Alemanha.

Ou seja, o cristal funciona como uma memória spintrônica, acionada por uma corrente baixíssima, totalmente imune a efeitos magnéticos externos, e na qual os bits podem ser chaveados entre 0 e 1 a uma velocidade de centenas a milhares de vezes mais rápida do que os bits das memórias eletrônicas convencionais.

Antiferromagnetismo

Diferentemente do que ocorre no ferromagnetismo, que é usado nos discos rígidos e nas memórias convencionais, no material antiferromagnético os spins dos átomos vizinhos são alinhados na mesma direção, mas em sentidos opostos (alinhamento horizontal, da direita para esquerda, por exemplo), o que torna o material magneticamente neutro em um nível maciço - em macroescala.

Isto significa que as linhas de átomos antiferromagnéticos podem ser colocadas muito mais próximas umas das outras, sem interferir magneticamente entre si - uma distância de um nanômetro já foi demonstrada experimentalmente, criando a menor unidade de armazenamento magnético já construída.

Bibliografia:

Electrical switching of an antiferromagnet
P. Wadley, B. Howells, J. elezny, C. Andrews, V. Hills, R. P. Campion, V. Novak, K. Olejnik, F. Maccherozzi, S. S. Dhesi, S. Y. Martin, T. Wagner, J. Wunderlich, F. Freimuth, Y. Mokrousov, J. Kune, J. S. Chauhan, M. J. Grzybowski, A. W. Rushforth, K. W. Edmonds, B. L. Gallagher, T. Jungwirth
Science
Vol.: Published online
DOI: 10.1126/science.aab1031

O segredo que torna Alemanha a economia mais sólida do mundo

Com informações da BBC 

Economia social de mercado

Milagre do pós-guerra, a "economia social de mercado" alemã parece ser inabalável: superou as explosões nos preços do petróleo nos anos 1970 e 1980, o impacto da reunificação nos 1990, a recessão mundial de 2008-2009 e está passando firme pela atual crise que atinge a zona do euro.

Hoje, o país é um dos três maiores exportadores globais, tem o crescimento per capita mais alto do mundo desenvolvido e um índice de desemprego de 6,9%, bem inferior à média da eurozona, de 11,7%.

Segundo o professor Reint Gropp, presidente do Instituto Hall para a Investigação Econômica (IWH), da Alemanha, o modelo germânico se diferencia de forma muito clara do anglo-saxão dos Estados Unidos e do Reino Unido.

Capitalismo com cooperação

Mas o que faz o sistema econômico-social da Alemanha algo tão particular? Quais são os segredos de seu êxito?

"É um sistema baseado na cooperação e no consenso mais do que na competição, e que cobre toda a teia socioeconômica, desde o setor financeiro ao industrial e ao Estado", explicou Gropp.

A chamada economia social de mercado teve sua origem na Alemanha Ocidental do pós-guerra, que estava sob o governo democrata-cristão do chanceler Konrad Adenauer, e se manteve, desde então, como uma espécie de política de Estado.

Sebastian Dullien, economista do Conselho Europeu de Relações Exteriores, concorda que o consenso e cooperação estão presentes em todas as camadas da economia alemã.

"No centro estão os sindicatos e os patrões, que coordenam salário e produtividade com o objetivo obter um aumento real dos rendimentos dos funcionários, além de manter os postos de trabalho. A integração é tal que, por lei, os sindicatos estão representados no conselho de administração, participam das decisões estratégicas nas empresas," afirmou.

Crédito para todos

No sistema financeiro, as cooperativas e os poderosos bancos públicos se encarregam de fazer com que o crédito alcance a todos, não importa o tamanho da empresa ou o quão distante ela fica de um centro econômico.

Essa filosofia permite superar uma das limitações do sistema anglo-saxão, no qual as pequenas e médias empresas, diferentemente das multinacionais, não têm acesso ao mercado de capitais e muitas vezes enfrentam dificuldades para se financiar.

"Os bancos públicos têm regras claras. Por exemplo: para favorecer o desenvolvimento local, podem emprestar para empresas de sua área, mas não para as de outras regiões. O governo tem representantes nestes bancos, e eles são fundamentais na tomada de decisões. Um princípio que rege sua política de crédito é a manutenção do emprego", afirma Gropp.

Pequenas e médias empresas

Esse modelo está enraizado na história germânica.

A unificação nacional de 1871, sob Bismark, reuniu 27 territórios governados em sua maioria pela realeza e que haviam crescido rapidamente e de forma autônoma durante a Revolução Industrial.

Dessa semente histórica surgem as pequenas e médias empresas (Mittelstand), que, segundo os especialistas, formam 95% da economia alemã.

Diferentemente do modelo anglo-saxão, centrado na maximização da rentabilidade para os acionistas (objetivo de curto prazo), as Mittelstand são estruturas familiares com planos a longo prazo, forte investimento na capacitação do pessoal, alto sentimento de responsabilidade social e forte regionalismo.

"A Alemanha é especialmente forte em empresas que têm umas 100 ou 200 pessoas. Com uma característica adicional: apesar de seu tamanho, muitas dessas firmas competem no mercado internacional e são exportadoras", explica Dullien.

Enquanto o comércio mundial dominado por multinacionais que representam cerca de 60% de toda a movimentação global, na Alemanha as Mittelstand são responsáveis por 68% das exportações.

Mas nem tudo se deve somente às Mittelstand. Das 2.000 empresas com maior rendimento em todo o mundo, 53 são alemãs, entre elas marcas de grande tradição, como Bayer, Volkswagen e Siemens.

Skyrmions elétricos entram na corrida por novas memórias

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Este pode ser o primeiro registro de vórtices polares, o equivalente elétrico dos vórtices magnéticos, ou skyrmions. [Imagem: Berkeley Lab]

Skyrmions elétricos

Físicos dos Laboratórios Berkeley, nos EUA, detectaram pela primeira vez a formação de vórtices polares em um material ferroelétrico.

O fenômeno é o equivalente elétrico dos vórtices magnéticos, conhecidos como skyrmions, que já lançaram as bases de um novo tipo de memória digital mais densa e com um consumo de energia menor do que as atuais.

Os redemoinhos magnéticos são bastante compreendidos, mas a possibilidade de vórtices de polarização elétrica só foi prevista na teoria há cerca de 10 anos.

Se medições mais precisas confirmarem que essas topologias rotativas são mesmo "skyrmions elétricos", elas poderão igualmente ser utilizados em armazenamento e processamento de dados em bits extremamente compactos, além de abrirem novas fronteiras na física, sobretudo dos materiais ferrosos.

Vórtices elétricos

"Há muito se acredita que estruturas topológicas rotativas estavam restritas a sistemas magnéticos, não sendo possíveis em materiais ferroelétricos, mas, criando super-redes artificiais, nós controlamos as várias energias de um material ferroelétrico para gerar uma competição que levou a esses novos estados da matéria e arranjos de polarização," disse o professor Ramamoorthy Ramesh.

Ramesh é perito na área, com sua equipe já tendo demonstrado que o magnetismo pode ser ligado e desligado e que esse controle do magnetismo pode reduzir o consumo de energia de dispositivos eletrônicos em até 10 vezes.

Apesar dos questionamentos e dúvidas que o fenômeno vem levantando, a equipe argumenta que vórtices elétricos não deveriam ser nenhuma surpresa.

"Acredito que, se você pesquisar entre a comunidade [científica], muitos vão abanar a cabeça de descrença quanto a tais estruturas, mas acontece que há realmente uma tendência para que os estados de vórtice se formem na natureza, mesmo nestes sistemas polares. E, quando se olha de forma mais ampla, as estruturas em vórtice podem ocorrer em escalas gigantescas - de galáxias, passando por sistemas meteorológicos, até conjuntos de dezenas de átomos, como no nosso caso," defendeu Lane Martin, membro da equipe.

Vórtices polares

Os vórtices elétricos foram observados em estruturas construídas pela equipe, formadas por camadas de titanato de chumbo e titanato de estrôncio.

Eles criaram super-redes cristalinas no interior do material, controlando "células" que mediam apenas 0,4 nanômetro. Esse controle consistiu na imposição de energias elásticas, eletrostáticas e gradientes, que criaram uma "competição" que levou ao surgimento dos vórtices polares.

Bibliografia:

Observation of polar vortices in oxide superlattices
A. K. Yadav, C. T. Nelson, Shang-Lin Hsu, Zijian Hong, James D. Clarkson, Christian M. Schlepüetz, Anoop R. Damodaran, Padraic Shafer, Elke Arenholz, Liv R. Dedon, Deyang Chen, Ashvin Vishwanath, Andrew M. Minor, Long-Qing Chen, Jason F. Scott, L. W. Martin, Ramamoorthy Ramesh
Nature
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature16463

Cerâmica flexível dobra-se como papel

Redação do Site Inovação Tecnológica 

[Imagem: Eurekite/Divulgação]

Flexicerâmica

Pesquisadores da Universidade de Twente, na Holanda, criaram uma cerâmica flexível, um material que promete levar as inúmeras vantagens das cerâmicas a uma infinidade de aplicações que até agora tinham que se contentar com fibras "menos capacitadas".

Gerard Cadafalch e seus colegas demonstraram a cerâmica flexível em espessuras de vários milímetros, em folhas que podem ser dobradas como se fossem de papel, retornando ao formato plano original sem se quebrar e sem apresentar trincas.

As cerâmicas mais tradicionais são feitas de argila, mas já existem inúmeras cerâmicas avançadas em vários campos de aplicação, das telas de celulares aos supercondutores, passando pelas eletrocerâmicas e pelas cerâmicas capazes de armazenar luz.

Cerâmica flexível

Embora podendo ser muito duras e resistentes a altíssimas temperaturas, todas as cerâmicas costumam ser quebradiças, por isso nem um pouco afeitas à flexibilidade.

Contudo, Cadafalch e seus colegas usaram nanopartículas para criar uma cerâmica com uma flexibilidade comparável à do papel e capaz de reter os demais benefícios do material tradicional, como a resistência às altas temperaturas.

É fato que já existem outras cerâmicas que podem ser dobradas, mas trata-se de folhas extremamente finas, nenhuma com a espessura na casa dos milímetros.

Embora possa ser usada até para revestir naves espaciais, a empresa emergente criada pelos pesquisadores para comercializar a cerâmica flexível, chamada Eurekite, pretende entrar no mercado competindo com as fibras usadas nas placas de circuito impresso, mas já de olho nos eletrodos para baterias.

Antena captura luz do Sol e gera eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Esquema mostra os componentes da rectena, uma antena capaz de capturar a radiação solar e gerar eletricidade. [Imagem: Thomas Bougher/Georgia Tech]

Rectena

Pesquisadores demonstraram a primeira rectena óptica, um dispositivo que combina uma antena com um diodo retificador para converter luz diretamente em eletricidade.

Essencialmente, uma rectena é uma espécie de célula solar, mas operando em um princípio totalmente diferente: em vez de usar o efeito fotoelétrico, as rectenas captam a luz como as antenas captam qualquer onda. E já convertem essa radiação em corrente contínua - daí seu nome, uma junção de antena e retificador.

Feita de nanotubos de carbono multicamadas e minúsculos retificadores, as rectenas ópticas representam uma nova tecnologia para detectores de luz muito sensíveis, como os usados em observações astronômicas, mas dispensando a refrigeração necessária hoje, coletores de energia que reciclam o calor desperdiçado em eletricidade e, finalmente, uma nova maneira de captar a energia solar de forma eficiente.

Mudar o mundo de forma radical

Os nanotubos de carbono funcionam como antenas para capturar a luz do Sol ou outras fontes, incluindo fontes de luz infravermelha, ou calor. Conforme as ondas de luz atingem as antenas, elas criam uma carga oscilante que se move rumo ao retificador embutido.

Os retificadores ligam e desligam em velocidades na faixa dos petahertz, rápido o suficiente para cancelar os picos das ondas, criando uma corrente contínua.

"Em última instância, nós podemos construir células solares duas vezes mais eficientes a um custo que é dez vezes menor, e isto para mim é uma oportunidade de mudar o mundo de uma forma radical," disse Baratunde Cola, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA.

Protótipo da rectena que capta a luz solar na faixa visível. [Imagem: Thomas Bougher/Georgia Tech]

Momento perfeito

Apesar do impacto potencial e do aspecto futurista da tecnologia, as primeiras rectenas foram desenvolvidas nas décadas de 1960 e 1970, mas só funcionavam em comprimentos de onda muito curtos. Há mais de 40 anos os pesquisadores vêm tentando tornar esses dispositivos capazes de capturar a radiação visível.

Havia muitos desafios, como miniaturizar as antenas para capturar os pequenos comprimentos de onda ópticos, e fabricar um diodo retificador pequeno e capaz de operar rápido o suficiente para interagir com as oscilações das ondas com comprimentos na faixa dos nanômetros.

Os pesquisadores da área só não desistiram em todo esse tempo por causa da alta eficiência e do baixo custo que as rectenas prometem.

"Agora era o momento perfeito para experimentar algumas coisas novas e fazer um dispositivo funcional, graças aos avanços na tecnologia de fabricação," disse Cola.

Eficiência

Agora que as rectenas ópticas foram construídas, os pesquisadores poderão se dedicar a aumentar sua eficiência e testar conceitos emergentes, como o download de energia pelo celular.

A equipe acredita que pode aumentar a captura de energia por meio de técnicas de otimização, e acredita que uma rectena com potencial comercial pode estar disponível dentro de um ano.

"Sendo detectores robustos e de alta temperatura, estas rectenas podem ser uma tecnologia totalmente disruptiva se pudermos chegar a 1% de eficiência. Se pudermos chegar a eficiências ainda maiores, poderemos aplicá-las às tecnologias de conversão de energia e captação de energia solar," disse Cola.

Bibliografia:

A carbon nanotube optical rectenna
Asha Sharma, Virendra Singh, Thomas L. Bougher, Baratunde A. Cola
Nature Nanotechnology
Vol.: 10, 1027-1032
DOI: 10.1038/nnano.2015.220

Peças de fibras avançadas impressas com tecnologia sônica

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A impressão 3-D chegou aos compósitos, usados de instrumentos esportivos a carenagens de aviões e carros de corrida.[Imagem: Matt Sutton/Tom Llewellyn-Jones/Bruce Drinkwater]

Tecnologia sônica

A impressão 3-D chegou aos materiais avançados, ou compósitos, usados em aplicações que vão de instrumentos esportivos a carenagens de aviões e carros de corrida.

Tom Llewellyn-Jones, da Universidade de Bristol, no Reino Unido, desenvolveu uma nova tecnologia sônica para lidar com as fibras especiais que dão reforço aos compósitos.

Ondas ultrassônicas são usadas para posicionar cuidadosamente as milhões de microfibras de vidro, carbono e outros materiais que dão resistência a esses materiais avançados. O posicionamento é feito durante o processo de impressão 3D.

A seguir, a estrutura é endurecida usando um feixe de laser, que cura localmente a resina epóxi na qual as fibras são distribuídas e, em seguida, imprime o objeto.

Fabricação aditiva de compósitos

Para tornar o equipamento compatível com as impressoras 3D atuais, Jones montou o módulo de laser sobre o carro de uma impressora 3D padrão de três eixos, logo acima do aparelho de ultrassons.

"Nós demonstramos que o nosso sistema de ultrassons pode ser adicionado a uma impressora 3D comum de baixo custo, transformando-a em uma impressora 3D de compósitos," disse Jones.

Ondas ultrassônicas organizam as fibras de vidro em um padrão de linhas. Cada fibra é menor do que a espessura de um fio de cabelo, mas, coletivamente, elas criam uma microestrutura que reforça o material. A imagem à esquerda é um instantâneo de um filme mostrando o alinhamento das microfibras de cima para baixo. [Imagem: Matt Sutton/Tom Llewellyn-Jones/Bruce Drinkwater]

Mesmo com os dois passos adicionais necessários à técnica - o alinhamento das microfibras e a cura pelo laser - a impressora alcançou uma velocidade de 2 cm/s, o que é comparável com as técnicas de fabricação aditiva de polímeros e metais.

Mais importante, ela permite a fabricação de arquiteturas complexas dentro de outro objeto 3D, o que permite a integração dos compósitos a instrumentos maiores e a construção de peças de fibras avançadas dentro de moldes.

Bibliografia:

3D printed components with ultrasonically arranged microscale structure
Tom M. Llewellyn-Jones, Bruce W. Drinkwater, Richard S. Trask
Smart Materials and Structures
Vol.: 25, Number 2
DOI: 10.1088/0964-1726/25/2/02LT01

Ar-condicionado doméstico funciona com energia solar

Redação do Site Inovação Tecnológica 

  Engenheiros espanhóis desenvolveram o protótipo de um sistema de ar-condicionado alimentado por energia solar especialmente projetado para aplicações domésticas. Mais eficiente do que os equipamentos comerciais, o aparelho resfria um ambiente com um volume de até 120 m³, ou 40 m² de área.

Ar-condicionado solar

O aumento na eficiência deu-se graças à redução da quantidade de água necessária para que o aparelho funcione e à utilização de uma solução de brometo de lítio na captação da umidade do ar.

Segundo avaliação conduzida pela equipe do professor Marcelo Izquierdo, os aparelhos de ar-condicionado domésticos conseguem produzir água fria com temperaturas na faixa de 12º C a 16º C partindo de temperaturas externas entre 28º C e 34º C.

Graças aos melhoramentos introduzidos no projeto do ar-condicionado solar, ele é capaz de resfriar a água entre 7º C e 18º C a partir de temperaturas externas entre 33º C e 43º C.

Banimento dos HCFC

O desenvolvimento de sistemas de ar-condicionado domésticos utilizando gases que não afetem a camada de ozônio e que consumam menos energia é uma necessidade cada vez mais urgente.

O Protocolo de Montreal estabelece que todos os refrigerantes HCFC ainda utilizados deverão ser substituídos até o ano de 2020. E o consumo de energia dos equipamentos deverá ser equivalente a 25% do que era permitido em 1996.

O novo sistema de ar-condicionado também pode funcionar reaproveitando o calor exaurido na atmosfera por algum outro tipo de equipamento.

Bibliografia:

Air conditioning using an air-cooled single effect lithium bromide absorption chiller
M. Izquierdo, R. Lizarte, J.D. Marcos, G. Gutiérrez
Applied Thermal Engineering
June 2008
Vol.: 28, Issues 8-9, Pages 1074-1081
DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2007.06.009

Geladeira do futuro começa a flexionar seus músculos metálicos

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Projeto de ar-condicionado baseado em músculos artificiais metálicos.[Imagem: Marvin Schmidt]

Geladeira de músculos artificiais

A promessa de geladeiras de estado sólido, que não dependem dos tradicionais compressores, tem esbarrado na dificuldade em fabricar materiais termoelétricos mais eficientes.

A equipe de Stefan Seelecke e Andreas Schutze, da Universidade Saarland, na Alemanha, acha que dá para contornar o problema usando músculos artificiais.

Eles estão trabalhando em uma nova técnica de resfriamento baseada em ligas com memória de forma, materiais também conhecidos como "músculos metálicos" ou músculos artificiais.

Refrigeração com ligas SMA

As ligas com memória de forma (SMA: shape memory alloys) são misturas de metais que apresentam um efeito térmico de memória: fabricadas num determinado formato, elas podem ser radicalmente deformadas, retornando ao seu formato original assim que forem levemente aquecidas.

A equipe está explorando não o "efeito muscular" desse movimento, mas o fato de que essas ligas, normalmente feitas de níquel e titânio, absorvem e liberam calor conforme se movimentam.

Se uma chapa ou fio de níquel-titânio é deformado ou puxado por tração, a estrutura de sua rede cristalina se altera, gerando tensão dentro do material. Essa mudança na estrutura do cristal, conhecida como transição de fase, faz com que a liga com memória de forma torne-se mais quente.

Quando se permite que o fio ou chapa relaxe após a equalização de temperatura com o ambiente, o material sofre um forte resfriamento, atingindo uma temperatura que pode ficar até 20º C abaixo da temperatura ambiente.

Outra proposta para fabricar geladeiras mais eficientes se baseia na refrigeração magnética,capaz de gelar à distância. [Imagem: Jose-Luis Olivares/MIT]

"A ideia básica é remover o calor de um espaço - como o interior de uma geladeira - permitindo que uma liga com memória de forma pré-tensionada relaxe e, assim, arrefeça significativamente. O calor absorvido neste processo é então liberado no ambiente externo. A SMA é então novamente tensionada, aumentando assim a sua temperatura, e o ciclo começa novamente," explica Seelecke.

Ar-condicionado de músculos metálicos

Tudo funcionou a contento na bancada de laboratório.

"Agora nós estamos usando esses resultados para construir um protótipo otimizado para um sistema de ar-condicionado. Nós estamos criando um ciclo de resfriamento no qual o ar quente passa sobre um dos lados de um feixe rotativo de fios de músculos artificiais. Usamos múltiplos fios para melhorar a potência de arrefecimento.

"O feixe é tensionado mecanicamente de um lado conforme ele gira, aquecendo assim os fios SMA, que se relaxam e resfriam quando giram para o outro lado. O ar a ser resfriado é dirigido pelo feixe de fios, refrigerando assim o espaço ao redor," disse Schutze.

Eles esperam ter um protótipo eficiente nos próximos meses, para o que receberam um aporte de €500.000 (R$2,2 milhões) da Fundação de Pesquisas da Alemanha.

Nanotorre de Babel é quase tão forte quanto diamante

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A nanoestrutura em treliça poderá ter usos práticos em eletrodos para baterias, filtros e componentes ópticos. [Imagem: J. Bauer / KIT]

Metamaterial mecânico

Esta não é apenas a menor estrutura em treliça já construída pelo homem; é também a mais forte.

Com colunas e suportes feitos de carbono vítreo, a nanotorre mede 1 micrômetro de altura - um milésimo de milímetro - e tem 200 nanômetros de diâmetro - 200 milionésimos de milímetro.

E ela é extremamente forte, alcançando uma relação entre força e densidade inéditas.

"De acordo com os testes, a capacidade de suporte de carga da estrutura é muito próxima do limite teórico e muito acima do carbono vítreo não-estruturado. O diamante é o único sólido que possui uma estabilidade específica mais elevada," disse o professor Oliver Kraft, do Instituto de Tecnologia Karlsruher, na Alemanha.

Além de permitir o aprimoramento das técnicas de nanoconstrução, muito úteis no desenvolvimento de metamateriais, a nanoestrutura em treliça poderá ter usos práticos em eletrodos para baterias, filtros e componentes ópticos, entre inúmeras outras aplicações.

"Materiais estruturais leves, como os ossos e a madeira, são encontrados por todo lado na natureza. Eles têm uma capacidade de carga elevada e pouco peso, servindo portanto de modelo para metamateriais mecânicos para aplicações técnicas," disse Jens Bauer, responsável pela construção da nanotorre de Babel.

Bibliografia:

Approaching theoretical strength in glassy carbon nanolattices
J. Bauer, A. Schroer, R. Schwaiger, O. Kraft
Nature Materials
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat456