Pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia, em conluio com a Universidade Estadual de Ohio e a Amphenol Corporation, descobriram que aplicar um campo elétrico a um material cerâmico pode fazer o calor fluir quase três vezes mais eficientemente em uma direção. As descobertas, publicadas na PRX Energy, desafiam tudo o que pensávamos saber sobre transporte de calor - ou pelo menos, desafiam algumas suposições antigas.

O segredo está nos fônons, aquelas minúsculas vibrações atômicas que carregam calor como um metrô muito pequeno e lotado. Quando um campo elétrico é aplicado, os fônons que vibram na mesma direção do campo vivem mais e viajam mais longe, enquanto os que vibram lateralmente simplesmente desistem. O resultado? O calor ziguezagueia na direção do campo quase três vezes mais rápido do que em outros lugares.

“Ser capaz de controlar tanto a velocidade quanto a maneira como o calor flui pode levar a dispositivos que gerenciam energia térmica de forma muito mais eficiente”, disse Puspa Upreti, pesquisadora de pós-doutorado do ORNL, em um tom que sugere que ela já está sonhando com melhores sistemas de resfriamento.

A equipe usou uma classe de cerâmicas chamadas ferroelétricos relaxores, que são basicamente os garotos legais do mundo dos materiais - quando expostos a um campo elétrico, suas minúsculas cargas elétricas se alinham e param de espalhar os fônons. Para ver o que realmente estava acontecendo, eles usaram espalhamento inelástico avançado de nêutrons na Fonte de Nêutrons de Espalação, porque quando você quer ver átomos vibrarem, você traz as grandes armas de nêutrons.

“Trabalhos anteriores em materiais ferroelétricos em massa alcançaram melhorias modestas na condutividade térmica de 5% a 10%, enquanto as novas medições revelam um aumento próximo a 300%”, disse Michael Manley, pesquisador sênior do ORNL, que liderou os experimentos. Isso é um aumento de três vezes, que surpreendeu até os pesquisadores, que aparentemente esperavam algo mais como um empurrão educado.

O falecido professor Joseph Heremans, de Ohio State, que projetou os experimentos de condutividade térmica, teria ficado orgulhoso. Sua candidata a doutorado Delaram Rashadfar observou: “O professor Heremans sempre enfatizou a importância de confiar primeiro nos dados e deixar a teoria seguir.” Conselho sábio, especialmente quando os dados dizem: “Ei, acabamos de triplicar o fluxo de calor.”

Este avanço pode levar a sistemas de resfriamento de estado sólido, conversores de calor em eletricidade e melhores eletrônicos baseados em chips - basicamente qualquer coisa que fique muito quente e precise se acalmar. A pesquisa foi apoiada pelo programa DOE Basic Energy Sciences, porque aparentemente até o governo quer que seus eletrônicos parem de superaquecer.