Os Nanotubos de Carbono e a Energia
Através desta magnífica vaigem que estamos fazendo esta semana através dos Nanotubos de Carbono, podemos ver o quão versáteis estes tubinhos de tamanho molecular podem ser. Hoje vamos abordar um assunto tão bombástico quanto o de ontem: Os Nanotubos de Carbono e a Energia. Nesta área os cientistas estão conseguindo fazer proezas, tais como memórias ultrapotentes, baterias, fios quânticos, etc. Vamos ver o que temos aqui hoje!
Fio quântico
Com uma quiralidade específica os cientistas conseguem formar o que chamam de nanotubo "cadeira de braço" com os quais os físicos acreditam ser capazes de fabricar os fios quânticos, uma versão futurista dos cabos de energia atuais. Calcula-se que os fios quânticos serão capazes de transportar eletricidade 10 vezes melhor do que o cobre, com menos perda de energia e pesando seis vezes menos. O único problema é fabricá-los com os encaixes corretos. Hoje, os nanotubos são fabricados em lotes, que resultam em quantidades aleatórias das diversas quiralidades. Porém, a comunidade científica acredita que é só uma questão de tempo até atingirem este objetivo.
Baterias
Baterias de papel
Uma equipe de cientistas da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, liderada pelo cientista Liangbing Hu, conseguiu criar uma bateria a partir de papel comum, usado em copiadoras.
Os pesquisadores começaram a pesquisa pintando o papel com uma espécie de tinta, formada por nanotubos de carbono. Então, o papel coberto com a solução de nanotubos de carbono é mergulhado em uma solução com lítio. Depois os cientistas o envolveram em uma pequena bolsa de plástico. Pedaços de platina foram colocados nas pontas do papel tratado para melhorar o contato elétrico da bateria com os eletrodos. Os fios que agem como eletrodos foram ligados ao papel tratado e colocados de forma a sair pelas extremidades seladas da bolsa de plástico. Assim, os cientistas conseguiram uma tensão que alcançou os 2,3 volts, mais do que suficiente para acender LEDs e pequenas lâmpadas, visto que uma pilha recarregável comum tem tensão de 1,2 volts. Os benefícios desta invenção são: Redução do peso das baterias convencionais em até 20%; incrível capacidade de liberar a energia armazenada rapidamente; possível adaptação no futuro para permitir que a tinta formada por nanotubos de carbono seja aplicada em outras superfícies, como paredes; e custo consideravelmente reduzido devido ao uso do papel.
Memórias de computador
A tecnologia está realmente avançada em muitas áreas, mas ainda não resolveu um problema que está preocupando cada vez mais os pesquisadores e, sobretudo, os bibliotecários: os melhores dispositivos de armazenamento de dados da atualidade têm uma vida útil entre 10 e 30 anos.
O mais durável sistema de armazenamento atual, as fitas magnéticas, tem uma vida estimada em 100 anos, porém somente algumas empresas e bancos guardam informações nesse tipo de mídia.
Preocupados com isto, o professor Alex Zettl e seus colegas da Universidade de Berkeley (EUA) criaram o protótipo de uma memória digital formada por uma nanopartícula de ferro inserida dentro de um nanotubo de carbono. Na presença de uma corrente elétrica, a nanopartícula pode ser deslocada para um lado ou para o outro no interior do nanotubo, representando o “0” ou “1” digitais conforme o lado que ela esteja. Outro ponto interessante é o fato de que a memória não utiliza silício, o material por trás de toda a revolução tecnológica da eletrônica e da computação.
Através de diversos testes os pesquisadores confirmaram que uma memória construída com esse bit de nanotubo de carbono e nanopartícula de ferro atingirá uma capacidade de armazenamento de 1 terabyte (1 trilhão de bytes) por polegada quadrada, e que o "tempo de decaimento" do chamado "bit eterno", que é uma alteração aleatória natural induzida pela agitação térmica dos átomos (ou seja, o tempo de vida o bit), supera 1 bilhão de anos.
Nanotubos de carbono e a Spintrônica
A spintrônica é uma espécie de eletrônica super-evoluída, que não mais utiliza a carga dos elétrons, o que é a base da atual eletrônica, mas uma interação única entre o seu movimento e seu campo magnético associado - o chamado spin - quando estão sobre um nanotubo de carbono. E uma nova descoberta científica poderá ter implicações profundas no campo da spintrônica.
Além de uma carga, todos os elétrons têm um campo magnético associado - o chamado spin. Como todo imã, o spin pode ser polarizado apontando para um lado ou para o outro, podendo ser usado como um bit, guardando 0 ou 1. O problema está em medir e controlar o spin, que é algo bastante difícil.
Nas camadas planas de grafite, ou mesmo no grafeno, o movimento dos elétrons não afeta o spin, que apontam em direções aleatórias. Como resultado, o grafite não era um candidato óbvio para a fabricação de componentes spintrônicos.
"Entretanto, nossos resultados mostram que, se a camada de grafite for curvada em um tubo com um diâmetro de apenas alguns nanômetros, o spin dos elétrons individuais é fortemente influenciado pelo movimento dos elétrons. Quando os elétrons sobre o nanotubo são forçados a se moverem em círculos ao redor do tubo, o resultado é que todos os spins passam a apontar na direção do tubo," explicam Thomas Sand Jespersen e Kasper Grove-Rasmussen, do Instituto Niels Bohr.
Ao contrário do que os cientistas acreditavam, os resultados mostram que o alinhamento dos spins ocorre de forma geral, com qualquer quantidade de elétrons, em nanotubos de carbono com defeitos e impurezas, o que é fundamental quando se caminha rumo a componentes realísticos.
Isso abre um leque de novas possibilidades para o controle do spin e para sua aplicação prática.
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