Avanço arrepiante: a ciência por trás de um real

Pela Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade da Virgínia, 2 de agosto de 2023

O professor Patrick Hopkins, da Universidade da Virgínia, está desenvolvendo um dispositivo de raios congelados para resfriar componentes eletrônicos em espaçonaves e jatos de alta altitude. A tecnologia é baseada em plasma, que resfria surpreendentemente as superfícies antes de aquecê-las. Com uma doação de 750 mil dólares da Força Aérea dos EUA, a equipa está a explorar formas de amplificar e prolongar este efeito de arrefecimento. (Conceito do artista.)

Um professor da Universidade da Virgínia acredita ter descoberto como criar um dispositivo de raios congelantes, inspirado no vilão do Batman, Sr. Em vez de ser uma arma, este dispositivo tem como objetivo resfriar os componentes eletrônicos de naves espaciais e jatos de alta altitude.

Você conhece aquela arma de raios congelantes que o vilão de “Batman”, Sr. Freeze, usa para “congelar” seus inimigos? Um professor da Universidade da Virgínia acha que pode ter descoberto como fazer um na vida real.

The discovery – surprisingly based on heat-generating plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> plasma – não se destina a armamento, no entanto. O professor de engenharia mecânica e aeroespacial Patrick Hopkins deseja criar resfriamento de superfície sob demanda para eletrônicos dentro de espaçonaves e jatos de alta altitude.

“Esse é o principal problema no momento”, disse Hopkins. “Muitos componentes eletrônicos a bordo esquentam, mas não têm como resfriar.”

A Força Aérea dos EUA gosta tanto da perspectiva de um raio congelante que concedeu ao Laboratório ExSiTE (Experimentos e Simulações em Engenharia Térmica) do professor US$ 750.000 ao longo de três anos para estudar como maximizar a tecnologia.

A partir daí, o laboratório fará parceria com a empresa spinout UVA da Hopkins, Laser Thermal, para a fabricação de um protótipo de dispositivo.

O professor explicou que, na Terra – ou no ar mais próximo dela – a eletrônica das embarcações militares muitas vezes pode ser resfriada pela natureza. A Marinha, por exemplo, utiliza a água do oceano como parte dos seus sistemas de refrigeração líquida. E mais perto do solo, o ar é denso o suficiente para ajudar a manter os componentes da aeronave resfriados.

Os doutorandos Sara Makarem Hoseini e Daniel Hirt observam a configuração dos raios de plasma. Embora Hirt use um gorro de malha e uma jaqueta fofa para dar efeito, o resfriamento é localizado e não tem muita influência na temperatura ambiente ao redor. Crédito: Tom Cogill

No entanto, “com a Força Aérea e a Força Espacial, você está no espaço, que é um vácuo, ou na alta atmosfera, onde há muito pouco ar que possa resfriar”, disse ele. “Então o que acontece é que seus eletrônicos ficam cada vez mais quentes. E você não pode trazer uma carga útil de refrigerante a bordo porque isso aumentará o peso e você perderá eficiência.”

Hopkins acredita que está no caminho certo para uma solução leve. Ele e colaboradores publicaram recentemente um artigo de revisão sobre esta e outras perspectivas para a tecnologia na revista ACS Nano.

A matéria que encontramos todos os dias existe em três estados: sólido, líquido e gasoso. Mas há um quarto estado: plasma. Embora possa parecer relativamente raro para nós na Terra, o plasma é a forma mais comum de matéria no universo. Na verdade, é disso que as estrelas são feitas.

Plasmas can occur when gas is energized, Hopkins said. That powers their unique properties, which vary based on the type of gas and other conditions. But what unites all plasma is an initial chemical reaction that untethers electrons from their nuclear orbits and releases a flow of photons, ions and electrons, among other energetic speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"species./p>

“We haven’t really explored the use of different gasses yet, as we’re still working with helium,” he said. “We have experimented so far with different metals, such as gold and copper, and semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"semiconductors, and each material offers its own playground for investigating how plasma interacts with their different properties./p>