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Sistema de resfriamento magnético baseado em ligas com memória de forma

07.10.2018

Os refrigeradores modernos são bem diferentes de seus antecessores em sua forma, presença de telas sensíveis ao toque e um conjunto mais rico de funções. Mas dentro dos refrigeradores mais modernos estão todos os mesmos trocadores de calor, tubulações, refrigerantes e compressores, cuja operação fornece uma participação bastante sensível nas contas totais da eletricidade utilizada. As tecnologias de resfriamento magnético são consideradas uma das direções promissoras para o desenvolvimento das tecnologias de refrigeração, e recentemente um grupo de pesquisadores europeus, tendo criado um sistema magnético experimental, mostrou que ligas especiais com a chamada memória de forma podem se tornar uma solução para a maioria dos problemas conhecidos.

Os sistemas de resfriamento magnético funcionam devido ao efeito magnetocalórico, o que significa que certos materiais mudam sua temperatura quando um campo magnético é aplicado a eles. Essa tecnologia, embora seja considerada uma direção muito promissora, ainda está longe de ser utilizada na prática devido à complexidade de sua implementação. Os sistemas de resfriamento magnético geralmente exigem ímãs com enrolamentos supercondutores, que exigem resfriamento de temperatura ultrabaixa caro.

Para resolver os problemas acima, pesquisadores da Universidade Técnica de Darmstadt e da Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), na Alemanha, usaram uma combinação única de ímãs e ligas especiais. Os ímãs usados eram feitos de uma liga de ferro, boro e neodímio, enquanto as ligas com memória de forma consistiam em níquel, manganês e índio.

Os ímãs resultantes são os ímãs permanentes mais fortes do mundo, capazes de produzir um campo magnético 40 vezes mais forte que o campo magnético da Terra. E a liga especial mencionada, por sua vez, fornece a máxima queda de temperatura sob a influência de um campo magnético. Além disso, a liga pode retornar à sua forma original após ser deformada.

O ciclo de operação do sistema de resfriamento magnético é bastante complicado e consiste em seis etapas. Na primeira etapa, que dura apenas um milissegundo, a liga é exposta a um campo magnético e esfria. Então a influência do campo magnético é removida e a liga libera seu frio através do dissipador de calor. A liga aquece, mas permanece, ao mesmo tempo, em estado magnetizado. Depois disso, a liga é comprimida por um rolo especial, que a aquece ainda mais, faz com que a estrutura interna do material mude, que perde a magnetização residual. Depois disso, a liga recupera sua forma original e fica pronta para repetir o ciclo.

O protótipo do novo sistema de resfriamento magnético é apenas uma demonstração de como o uso de ligas com memória de forma pode reduzir o número de ímãs permanentes necessários, a parte mais cara da tecnologia. Mas até 2022, os cientistas alemães já planejam construir uma unidade de refrigeração magnética em maior escala de um novo tipo, que permitirá medir os parâmetros de sua operação, incluindo a profundidade de resfriamento, além de avaliar os parâmetros energéticos e econômicos de seu Operação.

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Produção de lasers por impressão 13.10.2012

Cientistas da Universidade de Cambridge desenvolveram uma tecnologia para fabricar lasers por impressão. O desenvolvimento tem uma gama muito ampla de aplicações possíveis, desde equipamentos médicos até displays.

Recorde-se que um laser é um dispositivo que permite, através do fenómeno da emissão estimulada, converter a energia da bomba em energia de um fluxo de radiação coerente, monocromático, polarizado e estreitamente dirigido. As aplicações mais conhecidas dos lasers na eletrônica moderna são os dispositivos de armazenamento óptico e as linhas de comunicação óptica. Os lasers para essas aplicações são fabricados com tecnologia de semicondutores. Em Cambridge, eles aprenderam a "imprimir" lasers de materiais orgânicos em qualquer superfície.

Esses lasers encontraram uso em cristais líquidos colestéricos (LCs), semelhantes aos usados em telas. Se estiverem orientadas de uma certa maneira, as moléculas helicoidais podem servir como um ressonador óptico - um componente chave de um laser. Resta adicionar um corante fluorescente para que, excitando opticamente o ressonador, a radiação laser possa ser obtida.

Esses lasers são conhecidos há muito tempo, mas antes eram feitos colocando cristais líquidos entre duas placas de vidro localizadas a uma distância de centésimos de milímetro uma da outra. Neste caso, um revestimento especial de polímero do vidro serviu para alinhar as moléculas de LC. Este é um processo complexo e a escolha de materiais de substrato é muito limitada. A conquista dos especialistas de Cambridge é simplificar esse processo, o que tornou possível criar uma matriz de lasers multicoloridos em uma única etapa, usando o método de impressão.

Com uma impressora jato de tinta especial, os pesquisadores imprimiram centenas de pontos de um substrato baseado em LC revestido com uma solução de polímero. Durante a secagem, o polímero alinhou as moléculas de LC, transformando os pontos em lasers. Quase qualquer superfície pode ser usada como base, dizem os cientistas, e os equipamentos de impressão existentes são potencialmente adequados para o processo de impressão.

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