Fama de melhor condutor de calor do mundo era indevida

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/12/2023

Fama do grafeno

O grafeno, um material que consiste em uma nica camada de tomos de carbono, tem sido celebrado pela cincia como a “prxima grande estrela” na cincia dos materiais.

Mas, de acordo com Zherui Han e Xiulin Ruan, da Universidade Purdue, nos EUA, as suas propriedades trmicas podem no ser to revolucionrias como se calculou a princpio.

A atribuio do Prmio Nobel de Fsica de 2010, apenas seis anos aps a descoberta do grafeno, fez deslanchar no apenas a fama do material, mas tambm o interesse em seu estudo, j que qualquer experimento feito com grafeno parecia se justificar.

Por exemplo, diz-se que o grafeno conduz eletricidade melhor do que qualquer outro material conhecido pela cincia. Ele tambm conhecido pela sua resistncia material. Os pesquisadores do transporte trmico tambm foram rpidos em atribuir-lhe o ttulo de melhor condutor de calor do mundo.

“Anteriormente, o material que se pensava ter a maior condutividade trmica era o diamante,” detalhou Han. “Esse o material que pode transferir mais calor com mais rapidez. Mas, quando o grafeno apareceu, os principais estudos mostraram que ele era muito melhor do que o diamante.”

S que esses estudos aparentemente estavam errados.

Grafeno versus diamante

A condutividade trmica medida em watts por metro por Kelvin [W/(m.K)]. Nesta escala, a condutividade trmica do diamante geralmente considerada como sendo de cerca de 2.000. Mas, quando os cientistas comearam a medir a condutividade trmica do grafeno, as primeiras estimativas chegaram a mais de 5.000.

“No entanto, medies experimentais e modelagens subsequentes refinaram a condutividade trmica do grafeno,” disse Ruan. “Artigos mais recentes trouxeram esse nmero para cerca de 3.000, o que ainda muito melhor do que o diamante. Mas agora descobrimos algo completamente diferente.”

Os novos clculos da dupla colocam o grafeno em uma posio bem mundana: Os resultados indicam que a condutividade trmica do grafeno temperatura ambiente fica por volta de 1.300 W/(m.K), no apenas menor que a do diamante, mas tambm menor do que o material bruto de grafite, do qual o grafeno extrado – o grafeno consiste em uma nica folha de grafite.

A disparidade entre os resultados se deve a um fenmeno chamado espalhamento de quatro fnons. Os fnons so as quasipartculas responsveis pela transferncia de calor. At recentemente, os pesquisadores s conseguiam compreender o espalhamento de trs fnons para prever a transferncia de calor atravs dos slidos. Mas, em 2016, a equipe de Ruan desenvolveu uma teoria geral de espalhamento de quatro fnons e, um ano depois, quantificou com sucesso o espalhamento de quatro fnons.

“Estudos anteriores sugerem que o espalhamento de trs fnons seria restringido pela bidimensionalidade, o que em teoria torna o grafeno muito mais condutor termicamente do que materiais brutos. Mas o espalhamento de quatro fnons no restrito pela natureza 2D do grafeno; na verdade, o efeito bastante forte. Nosso trabalho mostrou que o espalhamento de quatro fnons se torna o principal canal de espalhamento no grafeno em relao ao espalhamento de trs fnons. Este um resultado impressionante.”

Confirmao experimental

No momento, todos esses resultados so tericos, mas a dupla j est trabalhando com experimentalistas para checar essas previses.

“Sendo o grafeno o primeiro material bidimensional, muitas pessoas pensaram que ele seria algo mgico,” disse Han. “Acreditava-se que ele tinha todas essas propriedades superiores: trmicas, mecnicas, pticas, eltricas. Como pesquisadores trmicos, nosso trabalho estabelecer se essa parte verdadeira. O grafeno ainda um bom condutor de calor, mas nosso trabalho prev que ele no melhor do que o diamante.”

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