“Fizemos o menor refrigerador do mundo”, disse Chris Regan, autor principal do novo artigo.
No entanto, os cientistas explicam que esses minúsculosos dispositivos não são refrigeradores no sentido usual - não há portas ou recipientes. Mas em uma escala maior, a mesma tecnologia está sendo usada para resfriar computadores e outros dispositivos eletrônicos, bem como regular temperaturas em redes de fibra ótica e reduzir o “ruído” de imagem em telescópios de ponta e câmeras digitais.
Esses dispositivos, criados colocando doissemicondutores diferentes entre as placas metalizadas funcionam de duas maneiras. Quando aquecido, um lado fica quente enquanto o outro permanece frio; esta diferença de temperatura pode ser usada para gerar eletricidade. No futuro, dispositivos semelhantes podem ser usados para capturar o calor dos gases de escape de um carro para alimentar o ar condicionado.
Mas este processo também pode ser iniciado ao contráriodireção. Quando a corrente elétrica é aplicada ao dispositivo, um lado fica quente e o outro frio, o que permite que ele funcione como um dispositivo de refrigeração. Essa tecnologia avançada pode um dia substituir o sistema de compressão de vapor em uma geladeira de verdade e manter o refrigerante frio na vida real, por exemplo.
Um dispositivo termoelétrico padrão que consiste em dois materiais semicondutores ensanduichados entre placas metalizadas. Crédito: Wikimedia Commons.
Para criar seus próprios refrigeradores termoelétricosA equipe de Regan, que incluiu seis alunos da UCLA, usou dois materiais semicondutores padrão: telureto de bismuto e telureto de antimônio-bismuto. Eles prenderam fita adesiva regular a pedaços de material a granel comum, retiraram-no e, em seguida, removeram flocos finos de filamento único do material que ainda estava aderido à fita. A partir desses flocos, eles fizeram dispositivos funcionais com uma espessura de apenas 100 nanômetros e um volume ativo total de cerca de 1 micrômetro cúbico, invisível a olho nu.
“Quebramos o recorde do menorrefrigerador termoelétrico no mundo mais de dez mil vezes ", - disse Xin Yi Lin, um dos autores do artigo e ex-aluno do grupo de pesquisa Reagan.
Focando em nanoestruturas -dispositivos com pelo menos um tamanho na faixa de 1 a 100 nanômetros - Regan e sua equipe esperam descobrir novas maneiras de sintetizar materiais a granel mais eficientes.
Outra característica distintiva da "geladeira" nanométrica é que ela pode reagir quase instantaneamente.
“Depois de entendermos como os resfriadores termoelétricos funcionam nos níveis atômico e quase atômico”, explica Regan, “podemos escalar para o nível macro, onde há benefícios ainda maiores”.
Esta é uma imagem obtida usandomicroscópio eletrônico, mostra dois resfriadores de semicondutores - um floco de telureto de bismuto e um de telureto de antimônio-bismuto - sobrepostos em uma área escura no centro, onde ocorre a maior parte do resfriamento. Pequenos “pontos” — são nanopartículas de índio que a equipe usou como termômetros. Crédito: UCLA/Grupo Regan.
Medindo a temperatura em tão pequenadispositivos não é uma tarefa fácil. Os termômetros ópticos têm baixa resolução em escalas tão pequenas, enquanto os métodos de sondagem de varredura requerem equipamentos caros especializados. Ambas as abordagens requerem calibração meticulosa. Regan elogiou o trabalho de seus alunos de pesquisa no desenvolvimento e medição do desempenho de dispositivos em nanoescala.
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