Uma pesquisa de ponta liderada por cientistas brasileiros acaba de trazer à tona um material com características térmicas inéditas.
O bismutato de bário (BaBiO₃), um composto sintético, mostrou em simulações avançadas e experimentos de laboratório uma condutividade térmica tão baixa quanto a do vidro, mesmo apresentando estrutura cristalina ordenada. Essa pesquisa foi realizada por Pesquisadores do Instituto de Física (IF) da USP e da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).
Esse resultado abre caminho para aplicações inovadoras em isolamento térmico e em dispositivos termoelétricos, fundamentais para a geração de energia e proteção de equipamentos eletrônicos em ambientes extremos.
Como o Material Inovador Funciona?
O transporte de calor em materiais sólidos geralmente ocorre graças aos elétrons e aos fônons.
Em metais, os elétrons dominam esse processo, enquanto em isolantes e semicondutores, como o BaBiO₃, os fônons são os principais responsáveis.
No entanto, o comportamento do BaBiO₃ surpreendeu os pesquisadores: apesar de ser um cristal, ele apresenta propriedades térmicas típicas de materiais amorfos, como o vidro.
Valentina Martelli, professora do Instituto de Física da USP e coordenadora da pesquisa, explica:
A condutividade térmica de um material, κ(T), é uma propriedade física que descreve sua capacidade de conduzir calor. Em cristais, esse transporte térmico é governado principalmente por dois tipos de partículas portadoras de calor: os elétrons e os fônons. Enquanto os elétrons desempenham um papel bastante relevante no transporte de calor em materiais metálicos, os fônons desempenham papel central em isolantes e semicondutores, como no caso do BaBiO₃.
A eficiência com que esses portadores transferem energia térmica depende de diversos fatores, como a estrutura cristalina, a presença de defeitos, e os mecanismos de espalhamento. Como exemplo, podemos citar o diamante, que é um péssimo condutor elétrico, porém ótimo condutor térmico.
Por que este resultado é inédito?
O material investigado apresenta uma condutividade térmica até dez vezes menor do que outros compostos similares em temperatura ambiente. Segundo Martelli, o comportamento observado não pode ser explicado pelas teorias atuais:
Além disso, quando variamos a temperatura, a evolução do transporte térmico é surpreendente e não pode ser entendida com as teorias atuais.
Segundo nosso trabalho experimental-teórico, o material apresenta uma combinação de mecanismos não usuais, como instabilidades dinâmicas, que dificultam de forma bastante efetiva o transporte dos fônons, fazendo com que eles sejam espalhados de maneira eficiente, como se o material fosse um vidro, mesmo sem ser.
Aplicações e Impacto Tecnológico
O BaBiO₃ pode revolucionar o isolamento térmico em dispositivos eletrônicos, especialmente em ambientes hostis como o espaço, usinas nucleares ou indústrias de alta tecnologia.
Além disso, o material pode servir como base para novos dispositivos termoelétricos, que convertem calor em eletricidade, contribuindo para fontes de energia mais limpas e eficientes.
Como foi realizada a pesquisa?
O estudo envolveu simulações computacionais avançadas em supercomputadores como o Santos Dumont (LNCC, Petrópolis), Ada Lovelace (CENAPAD-SP) e Coaraci (Unicamp).
A pesquisa contou com a colaboração de instituições nacionais e internacionais, como a Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), o Max Planck Institute (Alemanha), o ISIS Neutron and Muon Source (Reino Unido) e o Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano/CNPEM, Campinas).
Estudos, Pesquisas e Dados
Material estudado: Bismutato de bário (BaBiO₃), um material sintético com propriedades físicas singulares.
Metodologia: Análises de laboratório e simulações de transporte de calor em supercomputadores, como o Santos Dumont (LNCC, Petrópolis), Ada Lovelace (CENAPAD-SP) e Coaraci (Unicamp).
Principais achados:
Baixa condutividade térmica: Comparável à do vidro, apesar da estrutura cristalina ordenada.
Condutividade térmica até dez vezes menor: Em relação a outros compostos da mesma família em temperatura ambiente.
Comportamento inédito: O transporte térmico não pode ser explicado pelas teorias atuais.
Mecanismos não usuais: Instabilidades dinâmicas dificultam o transporte dos fônons.
Aplicações potenciais:
Isolamento térmico em dispositivos tecnológicos.
Plataforma para novos dispositivos termoelétricos, que convertem calor em eletricidade.
Proteção e controle térmico de dispositivos eletrônicos em ambientes hostis (aeroespaciais, nucleares, entre outros).
Colaborações:
Instituto de Física da USP, Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Max Planck Institute (Alemanha), ISIS Neutron and Muon Source (Reino Unido), Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano/CNPEM, Campinas).
Financiamento:
Fapesp, CNPq, Instituto Serrapilheira.
Publicação científica:
Artigo “Anomalous Glassy Thermal Conductivity in a Perovskite Bismuthate Induced by Structural Dynamic Instability” publicado na revista Advanced Science.
Autoria do estudo:
Coordenação: Valentina Martelli (IF-USP)
Execução: Alexandre Henriques (doutorando), Mariana Lima (pós-doutoranda), Julio Larrea Jiménez (IF-USP), Steffen Wirth (Max Planck), Goran Nilsen e Matthias Guttmann (ISIS, UK), Walber Brito (UFMG).
Quando ocorreu a pesquisa? Existe um evento relacionado?
A pesquisa foi realizada ao longo de anos recentes, com análises e simulações computacionais intensas. Não há menção a um evento específico com data e local.
O artigo foi publicado em revista científica, mas não há divulgação de data de evento público associado ao estudo.
Citações e Opiniões
As citações diretas da professora Valentina Martelli, coordenadora da pesquisa, foram mantidas conforme a matéria original, pois são declarações oficiais e fundamentais para o entendimento do trabalho.
- Fonte: https://jornal.usp.br/
