Nanotecnologia extrema vê átomos individuais reagindo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/03/2020

Visualização dos átomos ao microscópio (esquerda) e esquema do experimento (direita).
[Imagem: University of Otago/10.1103/PhysRevLett.124.073401]

Reação química entre átomos individuais

Em um experimento inédito para a física quântica, pesquisadores da Universidade de Otago, na Nova Zelândia, mantiveram átomos individuais "suspensos" num ponto fixo e então os observaram conforme eles interagiam e reagiam entre si, algo nunca antes observado.

Até agora, esse processo físico e químico-quântico só era entendido através de médias estatísticas de experimentos envolvendo grandes números de átomos.

E os resultados surpreenderam, mostrando que as teorias terão que ser refeitas porque não explicam o que o experimento mostrou.

"Nosso método envolve capturar e resfriar individualmente três átomos a uma temperatura de cerca de um milionésimo de Kelvin usando raios laser altamente focados em uma câmara com hipervácuo, do tamanho de uma torradeira. Nós combinamos lentamente as armadilhas que continham os átomos para produzir interações controladas que nós então medimos," explicou o professor Mikkel Andersen.

Teorias insuficientes

Quando os três átomos se aproximaram, dois deles - e apenas dois, o que é uma surpresa - formaram uma molécula e todos recebem um "pulso" da energia liberada no processo. Uma câmera de microscópio permitiu que o processo fosse ampliado e visualizado.

"Apenas dois átomos não podem formar uma molécula, são necessários pelo menos três para fazer a química. Nosso trabalho representa a primeira vez que esse processo básico é estudado isoladamente, e ocorre que ele nos deu vários resultados surpreendentes que não eram esperados com base nas medições anteriores em grandes nuvens de átomos," disse o pesquisador Marvin Weyland.

Os resultados do experimento mostraram que demorou muito mais tempo do que o esperado para formar uma molécula, em comparação com outros experimentos e com os cálculos teóricos, que se mostraram insuficientes para explicar o fenômeno.

Embora os pesquisadores sugiram mecanismos que possam explicar a discrepância, eles destacam a necessidade de desenvolvimentos teóricos adicionais nessa área da mecânica quântica experimental.

A expectativa é que esta técnica permita fazer reações químicas, partindo de átomos individuais, para produzir virtualmente qualquer substância.
[Imagem: L. A. Reynolds et al./APS/Alan Stonebraker]

Static electricity can be stored in batterystoring static electricity

What we do know is that when two different objects come into contact repeatedly, the friction creates static electricity. What we don't know is to explain the mechanisms for generating static electricity.



It produces voltages of tens of thousands of volts, in some cases reaching the power of lightning, although there is no electric current flowing. So, we are still looking for a theory to explain static electricity.



Donghyeon Yoo and his colleagues at Pohang University in South Korea were less interested in theories.



For them, the question that matters is: is it possible to collect static electricity and store it for future use?



And the Korean team gave an affirmative answer to that question by creating a method for converting static electricity into continuous usable power.

Continuous operation

Most nanogenerators, including water-powered models, are triboelectric generators, which means that they capture static electricity and make it available for use. The problem is that, for that, they need an auxiliary supply that provides the flow of energy - the flowing current.



What the Korean team has done now is, in addition to creating new technology to increase the total amount of energy generated by a triboelectric nanogenerator, to design and build an integrated circuit that makes this energy available in the form of usable electricity.



In practice, the nanogenerator is able to provide electricity even when friction ceases, and without depending on an auxiliary source.



Static electricity is converted directly into useful power

Scheme of the nanogenerator plus chip that provides static electricity for immediate use or storage.

Efficiency

The conversion efficiency of the prototypes reached more than 70%. With the new integrated circuit, the system provided stable power of 1.8V and 2.5 microwatts even with an irregular and intermittent supply coming from the nanogenerator. This amount of energy was sufficient to operate temperature and humidity sensors and even a calculator.



"Conventional triboelectric nanogenerators have faced challenges in obtaining reliable electrical power because they use an auxiliary power source to operate commercial integrated circuits or to operate independently. However, our findings can overcome these limitations by converting static electricity to electrical power. reliable, which can be used instantly, "said Professor Dong Sung Kim.

Electricidade estática

Eletricidade estática pode ser armazenada em bateria

armazenando eletricidade estática

O que sabemos é que, quando dois objetos diferentes entram em contato repetidamente, a fricção cria eletricidade estática. O que não sabemos é explicar os mecanismos de geração da eletricidade estática.

Ela produz tensões de dezenas de milhares de volts, em alguns casos alcançando a potência de um raio, embora não haja corrente elétrica fluindo. Assim, continuamos em busca de uma teoria para explicar a eletricidade estática.

Donghyeon Yoo e seus colegas da Universidade Pohang, na Coreia do Sul, estavam menos interessados em teorias.

Para eles, a pergunta que importa é: dá para coletar a eletricidade estática e armazená-la para uso futuro?

E a equipe coreana deu uma resposta afirmativa a essa questão criando um método para converter a eletricidade estática em potência utilizável contínua.

Operação contínua

A maioria dos nanogeradores, incluindo os modelos movidos a gotas de água, são geradores triboelétricos, o que significa que eles capturam a eletricidade estática e a disponibilizam para uso. O problema é que, para isso, eles precisam de um suprimento auxiliar que forneça o fluxo de energia - a corrente fluindo.

O que a equipe coreana fez agora foi, além de criar uma nova tecnologia para aumentar a quantidade total de energia gerada por um nanogerador triboelétrico, projetar e construir um circuito integrado que disponibiliza essa energia na forma de eletricidade utilizável.

Na prática, o nanogerador consegue disponibilizar eletricidade mesmo quando a fricção cessa, e sem depender de uma fonte auxiliar.

Eletricidade estática é convertida diretamente em potência útil

Esquema do nanogerador mais chip que disponibiliza a eletricidade estática para uso ou armazenamento imediatos.

Eficiência

A eficiência de conversão dos protótipos alcançou mais de 70%. Com o novo circuito integrado, o sistema forneceu uma energia estável de 1,8V e 2,5 microwatts mesmo com um suprimento irregular e intermitente vindo do nanogerador. Essa quantidade de energia foi suficiente para operar sensores de temperatura e umidade e até uma calculadora.

"Os nanogeradores triboelétricos convencionais têm enfrentado desafios na obtenção de energia elétrica confiável porque usam uma fonte de energia auxiliar para operar circuitos integrados comerciais ou para operar ele próprio de forma independente. No entanto, nossas descobertas podem superar essas limitações convertendo eletricidade estática em potência elétrica confiável, que pode ser usada instantaneamente," disse o professor Dong Sung Kim.

no âmbito da disciplina de inglês e tcc iremos desenvolver este blog que tem como objectivo divulgar a mecânica.