Circuito de grafeno gera energia limpa e ilimitada

Físicos conseguiram gerar uma corrente elétrica a partir do movimento natural dos átomos de carbono do grafeno, descobrindo o que eles dizem ser "uma nova fonte de energia limpa e ilimitada".

"Um circuito de coleta de energia baseado no grafeno poderia ser incorporado a um chip para fornecer energia limpa, ilimitada e de baixa tensão para pequenos dispositivos ou sensores," disse o professor Paul Thibado, da Universidade do Arkansas, nos EUA.

A equipe construiu um circuito capaz de capturar o movimento térmico do grafeno e convertê-lo em corrente elétrica. É uma corrente minúscula, mas que questiona uma série de paradigmas na física.

Já existiam teorias de que uma folha de grafeno apoiada apenas pelas bordas sofreria ondulações que poderiam ser exploradas para a colheita de energia, mas a ideia permanecia controversa porque contesta a conhecida afirmação do físico Richard Feynman de que o movimento térmico dos átomos - conhecido como movimento browniano - não pode gerar trabalho.

Contudo, a equipe do professor Thibado demonstrou que, à temperatura ambiente, o movimento térmico do grafeno de fato induz uma corrente alternada em um circuito, algo considerado impossível.

Na década de 1950, o físico Léon Brillouin publicou um artigo de referência nessa área contestando a ideia de que adicionar um único diodo - um portão unidirecional para os elétrons -, a um circuito seria a solução para coletar energia do movimento browniano.

Sabendo disso, o grupo de Thibado construiu seu circuito com dois diodos para converter a corrente alternada em corrente contínua. Com os diodos em oposição, permitindo que a corrente flua para os dois lados, eles fornecem caminhos separados através do circuito, produzindo uma corrente contínua pulsante que realiza trabalho em um resistor de carga.

"Nós também descobrimos que o comportamento liga/desliga dos diodos, semelhante a um interruptor, na verdade amplifica a potência fornecida, em vez de reduzi-la, como se pensava anteriormente. A taxa de mudança na resistência fornecida pelos diodos adiciona um fator extra de potência.

"As pessoas podem pensar que a corrente fluindo em um resistor faria com que ele aquecesse, mas a corrente browniana não. Na verdade, se nenhuma corrente estivesse fluindo, o resistor esfriaria. O que fizemos foi redirecionar a corrente do circuito e transformá-la em algo útil," detalhou Thibado.

Parece que a folha de grafeno e o circuito entram uma "relação simbiótica": Embora o ambiente termal esteja realizando trabalho no resistor de carga, o grafeno e o circuito continuam na mesma temperatura, ou seja, o calor não flui entre os dois.

Essa é uma distinção importante, disse Thibado, porque uma diferença de temperatura entre o grafeno e o circuito - em um circuito que produz energia - entraria em contradição com a segunda lei da termodinâmica. "Isso significa que a segunda lei da termodinâmica não é violada, nem há necessidade de argumentar que o 'Demônio de Maxwell' está separando elétrons quentes e frios," disse Thibado.

O próximo objetivo da equipe é determinar se a corrente contínua pode ser armazenada em um capacitor para uso posterior, uma meta que irá exigir a miniaturização do circuito e sua construção em uma pastilha de silício - dentro de um chip.

Se milhões desses minúsculos circuitos pudessem ser construídos em um chip de 1 por 1 milímetro, eles poderiam servir como substituição de uma bateria de baixa potência.

Créditos: Inovação Tecnológica

Lâmpada catodoluminescente: Uma nova revolução na iluminação?

Engenheiros russos apresentaram um protótipo de lâmpada catodoluminescente para iluminação geral.
A nova lâmpada, que se baseia no fenômeno de emissão de campo, é mais confiável, mais durável e mais luminosa do que todos os protótipos anteriores - há equipes trabalhando nesses projetos há décadas.
As lâmpadas de LED se tornaram comuns rapidamente, mas elas não são a única alternativa limpa e econômica para as lâmpadas fluorescentes - e seu mercúrio - e para as lâmpadas incandescentes - e seu alto consumo de eletricidade. Desde a década de 1980, engenheiros de todo o mundo têm trabalhado nas lâmpadas catodoluminescentes como outra opção para fins de iluminação geral.
Uma lâmpada deste tipo baseia-se no mesmo princípio que alimentou as antigas TVs de tubos de raios catódicos: um eletrodo carregado negativamente, ou catodo, em uma extremidade de um tubo de vácuo, funciona como um canhão de elétrons. Uma diferença de potencial de até 10 kilovolts acelera os elétrons emitidos em direção a um eletrodo revestido de fósforo carregado positivamente - o anodo - na extremidade oposta do tubo. Este bombardeamento de elétrons resulta em luz.
As lâmpadas catodoluminescentes têm a vantagem de poder emitir luz em quase qualquer comprimento de onda, do vermelho ao ultravioleta, dependendo de qual material fluorescente é usado. Lâmpadas catodoluminescentes ultravioletas, por exemplo, não contêm mercúrio, o que seria um desenvolvimento particularmente oportuno considerando a recente proibição de eletrodomésticos usando mercúrio sob a Convenção de Minamata, um tratado das Nações Unidas assinado por 128 países.
Outra vantagem importante da nova lâmpada em relação aos LEDs e lâmpadas fluorescentes é que ela não depende das chamadas matérias-primas críticas, incluindo gálio, o índio e alguns elementos de terras raras.
Já foram feitas tentativas de produção de lâmpadas catodoluminescentes em escala industrial nos Estados Unidos, mas os consumidores não gostaram principalmente porque as lâmpadas eram volumosas e demoravam vários segundos para aquecer o catodo até a temperatura de operação e começar a brilhar - era por isso que os televisores antigos demoravam para começar a mostrar as imagens.
Mas alguns catodos não necessitam de aquecimento. Eles são conhecidos como catodos de emissão de campo, porque dependem do fenômeno de emissão de campo, que envolve elétrons emitidos a partir de um catodo frio sob ação apenas de um campo eletrostático, graças ao fenômeno quântico do tunelamento.
O protótipo russo apresentado agora marca a primeira tentativa bem-sucedida de projetar um catodo desse tipo que é eficiente, com vida útil longa, que pode ser produzido em massa e vendido a um preço acessível.
"Nosso catodo de emissão de campo é feito de carbono comum," conta o professor Evgenii Sheshin, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou. "Mas esse carbono não é usado apenas como um produto químico, mas também como uma estrutura. Descobrimos uma maneira de moldar uma estrutura a partir de fibras de carbono que é resistente ao bombardeio de íons, produz uma corrente de alta emissão e é tecnologicamente adequada à produção [industrial]. Esta tecnologia é know-how nosso, ninguém mais no mundo tem."
Submetendo o carbono a um tratamento especial, são criadas inúmeras protuberâncias submicrométricas - com menos de um milionésimo de metro - na ponta do catodo. Isso resulta em um campo elétrico muito alto, expulsando os elétrons da extremidade rumo ao vácuo.
A equipe também desenvolveu uma fonte de energia compacta para sua lâmpada catodoluminescente, que fornece os milhares de volts suficientes para uma emissão de elétrons de campo bem-sucedida. A fonte é montada em torno da lâmpada de vidro, com um impacto mínimo em seu tamanho.
A equipe calcula que, se for produzida em massa, a lâmpada catodoluminescente poderia competir com as lâmpadas baratas baseadas em diodos emissores de luz (LEDs). A nova lâmpada também ajudaria a eliminar as lâmpadas fluorescentes, que contêm mercúrio e que ainda são usadas em áreas domésticas em todo o mundo.
"Ao contrário da lâmpada LED, nossa lâmpada não tem medo de temperaturas elevadas. Você pode usá-la onde os diodos esmaecem rapidamente, como em holofotes de teto, onde não se obtém um resfriamento adequado," disse Dmitry Ozol, membro da equipe.
Agora é esperar que a equipe consiga convencer a indústria a apostar em sua inovação para que comecemos novamente a trocar as lâmpadas de nossas casas.

Créditos: Inovação Tecnológica