Laurel, Maryland — InkDesign News — Pesquisadores do Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins (APL) anunciaram, em colaboração com engenheiros de refrigeração da Samsung Research, o desenvolvimento de uma nova tecnologia de refrigeração termelétrica em estado sólido baseada em materiais nanoestruturados chamada CHESS, cuja eficiência é quase o dobro das soluções atualmente disponíveis. A descoberta foi publicada recentemente na revista Nature Communications.
O Contexto da Pesquisa
O avanço ocorre em um momento de crescente demanda global por soluções de resfriamento energicamente eficientes, confiáveis e compactas, motivada pelo aumento da população, urbanização e uso de eletrônicos avançados. Os sistemas convencionais de refrigeração, apesar de eficazes, tendem a ser volumosos, gastam muita energia e dependem de refrigerantes químicos prejudiciais ao meio ambiente. A refrigeração termelétrica é vista como alternativa promissora, porém, limitações de eficiência e escalabilidade impediam sua adoção em sistemas de alta performance. O desenvolvimento do CHESS resulta de uma década de pesquisas do APL em materiais nanoengenheirados aplicados à termoelectricidade.
Resultados e Metodologia
O estudo comparou módulos com materiais termelétricos convencionais a dispositivos baseados nos novos filmes finos CHESS, em testes padronizados de refrigeração. A aplicação do CHESS levou a uma melhoria de quase 100% na eficiência dos materiais e um ganho de até 70% no sistema completo, em relação às soluções tradicionais, durante avaliações em temperatura ambiente. Segundo os autores, cada unidade de refrigeração emprega apenas 0,003 centímetros cúbicos de material — equivalente ao tamanho de um grão de areia. O processo de fabricação utilizado, conhecido como deposição química de vapor de metais orgânicos (MOCVD), é amplamente adotado por sua escalabilidade e viabilidade para produção em larga escala dos materiais termoelétricos em filmes finos.
“Esta demonstração real de refrigeração utilizando novos materiais termelétricos exibe as capacidades dos filmes finos nanoengenheirados CHESS.”
(“This real-world demonstration of refrigeration using new thermoelectric materials showcases the capabilities of nano-engineered CHESS thin films.”)— Rama Venkatasubramanian, Investigador Principal do Projeto, Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins
“Usamos a deposição química de vapor de metais orgânicos (MOCVD) para produzir os materiais CHESS, um método conhecido por sua escalabilidade, custo-eficácia e sustentação de fabricação em alto volume.”
(“We used metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) to produce the CHESS materials, a method well known for its scalability, cost-effectiveness and ability to support large-volume manufacturing.”)— Jon Pierce, Engenheiro Sênior, Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins
Implicações e Próximos Passos
A tecnologia CHESS abre caminho para sistemas de refrigeração compactos, silenciosos, duráveis e livres de gases poluentes, com potencial de aplicação que vai desde sistemas domésticos até climatização predial e soluções portáteis. Além do resfriamento, os materiais são promissores para geração de energia a partir de diferenças de temperatura, incluindo aplicações em próteses, dispositivos eletrônicos e até mesmo em tecnologias espaciais. Futuramente, o APL planeja parcerias para expandir a eficiência dos materiais, testar freezers e implementar inteligência artificial para otimizar a eficiência energética em sistemas de resfriamento segmentados.
No horizonte, os especialistas destacam o potencial de transformação da indústria de refrigeração e colheita de energia, prevendo impacto análogo à popularização das baterias de íon-lítio. Novos estudos buscarão confirmar a escalabilidade e integração da tecnologia em aplicações comerciais, mantendo o foco em sustentabilidade e desempenho energético.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
