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Uma nova pesquisa da North Carolina State University lança luz sobre como os campos elétricos podem ser usados para alterar as propriedades térmicas dos materiais ferroelétricos, permitindo que os engenheiros manipulem o fluxo de calor através dos materiais. Os materiais ferroelétricos são usados em uma ampla variedade de aplicações, desde dispositivos de ultrassom até tecnologias de armazenamento de memória.
“Nosso trabalho aqui é um avanço significativo porque trabalhamos com grandes tamanhos de amostra e fornecemos informações detalhadas sobre a relação entre o tipo de campo elétrico aplicado ao material ferroelétrico e a resposta térmica do material”, diz Jun Liu, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na NC State e autor correspondente do estudo. “Em termos práticos, isso permite que os usuários ajustem o comportamento térmico do material por meio da aplicação de diferentes campos elétricos – usando corrente alternada (AC) ou corrente contínua (DC) – o que abre caminho para o desenvolvimento de novas técnicas de gerenciamento do fluxo de calor através de vários dispositivos.”
Para este trabalho, os pesquisadores trabalharam com um material ferroelétrico chamado PMN-PT, que é usado em tecnologias como sensores, atuadores e aparelhos de ultrassom. Para refletir as condições do mundo real, os pesquisadores trabalharam com amostras de 2,5 mm de espessura à temperatura ambiente.
Para o estudo, os pesquisadores aplicaram campos elétricos de intensidade variável ao material usando fontes AC e DC. Outras variáveis em seus testes foram a frequência da corrente e o tempo que o material foi exposto ao campo elétrico.
Os pesquisadores então usaram um conjunto de métodos para medir como as propriedades térmicas de cada amostra mudavam em resposta às diferentes condições do campo elétrico.
Os pesquisadores descobriram que todas as quatro variáveis - a intensidade do campo, seja CA ou CC, tempo e frequência – desempenham um papel na forma como o campo elétrico altera as propriedades térmicas do material.
“Ter uma compreensão detalhada de como cada uma das quatro variáveis influencia as propriedades térmicas do material nos dá uma quantidade significativa de controle na engenharia do comportamento térmico do material”, diz Ankit Negi, Ph.D. estudante na NC State e primeiro autor de um artigo de jornal sobre o estudo.
“Esperamos estabelecer uma compreensão igualmente detalhada da relação entre campos elétricos e características térmicas para outros materiais ferroelétricos”, diz Liu. “E estamos abertos a colaborações sobre como esse trabalho pode informar o desenvolvimento de novos aplicativos”.
A pesquisa foi realizada com o apoio da National Science Foundation, sob o número de concessão 2011978; do Office of Naval Research, sob o número de concessão N00014-21-1-2058; e por meio do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório do INL sob o Contrato DE-AC07-05ID14517 do Escritório de Operações do DOE Idaho.
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