Criada uma memória térmica: O fluxo de calor é controlado eletricamente

Controle da condução de calor

O calor é uma forma de energia que está por toda a parte, desde as fontes naturais, como o calor do Sol e as geotérmicas, até as fontes de origem humana, como os processos industriais ou o motor do seu carro.

Mas é difícil tirar proveito dele porque, ao contrário de outras fontes de energia, o calor é notoriamente difícil de armazenar devido à sua tendência natural de se dissipar. É por isso que é tão difícil construir uma bateria de calor.

Dídac Barneo e colegas das universidades de Barcelona e Zaragoza, na Espanha, tiveram então uma ideia: Aproveitar o calor onde ele é gerado.

Não parece uma novidade, mas o conceito é bastante criativo: Controlar o fluxo de calor em tempo real, usando-o para desenvolver dispositivos de memória térmica.

A demonstração do conceito consiste em uma memória termal capaz de alternar entre diferentes estados de condutividade térmica através da aplicação de pequenas tensões elétricas. De modo semelhante ao que é feito com os bits na eletrônica convencional, o sistema pode ser programado para apresentar alta condutividade térmica (“ligado”) ou baixa condutividade térmica (“desligado”), mantendo sua configuração mesmo após a remoção do estímulo elétrico.

Isso abre um novo caminho para o controle ativo do calor em dispositivos de estado sólido, com aplicações potenciais no gerenciamento térmico de sistemas eletrônicos, conversão de energia e desenvolvimento de tecnologias de processamento de informações baseadas em calor, na chamada computação termodinâmica.

Memória térmica

A demonstração de conceito da memória térmico foi construída com filmes ultrafinos – com apenas alguns nanômetros de espessura – de um óxido de háfnio e zircônio (Hf0,5Zr0,5O2) com propriedades ferroelétricas.

Esse material combina dois fenômenos fundamentais: A polarização elétrica, característica dos ferroelétricos, e a presença de defeitos atômicos conhecidos como vacâncias de oxigênio, que funcionam como barreiras à transmissão do calor. A interação entre esses dois fatores permite a regulação precisa da condutividade térmica do sistema.

O mecanismo de funcionamento se baseia no controle elétrico do movimento das vacâncias de oxigênio: Dependendo da tensão aplicada, as vacâncias se acumulam ou se dispersam no material, alterando a facilidade com que o calor se propaga através dele. Esse processo resulta em um comportamento histerético – semelhante ao dos materiais ferroelétricos -, permitindo a definição de dois estados térmicos estáveis e não voláteis – uma memória térmica.

Embora esta demonstração esteja em um estágio fundamental, ainda distante de uma aplicação tecnológica, o sistema apresenta características promissoras: Ele funciona com tensões relativamente baixas e os estados térmicos gerados apresentam estabilidade ao longo do tempo, permanecendo inalterados por dias sem degradação apreciável. Por outro, entre as limitações atuais se destaca a baixa velocidade de comutação – a velocidade com que a memória passa de um estado para outro -, apontando a necessidade de melhorias futuras.