Pesquisa investiga transporte térmico em nanomateriais bidimensionais

Estudo foi desenvolvido por cuiteense graduado em Física pelo CES/UFCG.

A sociedade está em constante avanço, em busca de desenvolver novas tecnologias. Uma das áreas responsáveis por parte dessas descobertas é a Nanotecnologia, fundamental para a miniaturização de dispositivos eletrônicos, além de melhorar tecnologias que envolvem aparelhos móveis e o surgimento de equipamentos inteligentes. No entanto, mesmo com os avanços, ainda existem problemas que estão longe de ser resolvidos, como a dissipação de energia na forma de calor em dispositivos eletrônicos miniaturizados.

Com o objetivo de investigar os mecanismos físicos relacionados com a condução de calor em nanomateriais, o pesquisador cuiteense Isaac de Macêdo Félix, professor substituto do Departamento de Física Teórica e Experimental (DFTE/UFRN), desenvolveu um estudo que abre um novo horizonte para o controle do transporte térmico em nanoescala. 

Através de simulações de dinâmica molecular, ele concluiu que é possível ajustar a condutividade térmica de nanomateriais híbridos, como heteroestruturas de grafeno e nitreto boro hexagonal (grafeno-hBN), a partir da distribuição quase-periódica dos seus constituintes individuais. As simulações computacionais foram realizadas utilizando o supercomputador do Núcleo de Processamento de Alto Desempenho (NPAD/UFRN), pois necessitavam de alto poder computacional. 

Em geral, os portadores de calor (fônons) de nanomateriais bidimensionais podem se comportar como onda (coerente) ou como partícula (incoerente). De acordo com os resultados desse estudo, o transporte de calor por fônons coerentes em nanofitas quase-periódicas de grafeno-hBN é gradualmente suprimido com a geração das sequências Thue-Morse e Período-Duplo. Essa supressão é causada pelo aumento do período de super-rede que leva à localização de fônons com diferentes comprimentos de onda, o que reduz a condutividade térmica da rede.

Representação pictórica das gerações (supercélulas) das sequências Thue-Morse e Período-Duplo. Imagem: Cedida

 

De acordo com o professor Isaac, o desenvolvimento dessa pesquisa permitiu reconhecer a importância da estruturação quase-periódica para a nanociência, colocando-a na vanguarda de estratégias promissoras para o controle do transporte térmico em nanoescala. Ele também destacou o impacto de pesquisas desse cunho para a sociedade. “É importante salientar que toda a tecnologia moderna que conhecemos e apreciamos é fruto de pesquisas científicas de nanomateriais. Portanto, esse é o primeiro passo para que uma tecnologia deixe de ser um empreendimento raro e dispendioso, e passe a ser uma necessidade disseminada e de preço cada vez mais acessível”, completou. 

O trabalho, recentemente publicado no periódico International Journal of Heat and Mass Transfer, é fruto da tese de doutorado do pesquisador, desenvolvida entre 2016 e 2020 no Programa de Pós-graduação em Física (PPGF/UFRN) sob orientação do Professor Luiz Felipe Cavalcanti Pereira, atualmente no departamento de Física da Universidade Federal de Pernambuco (DF/UFPE). Pela relevância do trabalho, a tese de Isaac foi laureada pelo PPGF/UFRN em novembro de 2021 durante evento interno que ocorre anualmente no departamento.

 

Trajetória 

Apresentação de trabalho no Instituto Internacional de Física (IIP/UFRN). Imagem: Cedida

 

O interesse em investigar propriedades físicas de nanomateriais através de métodos computacionais começou em 2011, ainda durante sua Iniciação Científica, no Centro de Educação e Saúde (CES) da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), Campus Cuité, sob orientação do Professor Luis Alberto Terrazos Javier. 

Em 2014, ingressou no PPGF/UFRN, onde realizou mestrado e doutorado sob a orientação do Professor Luiz Felipe Cavalcanti Pereira. Além do trabalho citado anteriormente, os artigos Condutividade Térmica de Fitas de Super-redes de Grafeno-hBN, que foi um dos 11 mais lidos do periódico Scientific Reports em 2018, e Supressão do transporte térmico coerente em fitas de super-rede de grafeno-hBN quase-periódicas também são frutos da sua pesquisa de doutorado. 

Durante o doutoramento, foi um usuário assíduo do supercomputador do NPAD/UFRN e seu usufruto resultou em cinco publicações em periódicos internacionais e 15 apresentações em eventos científicos.

(Com informações de Líria Paz - Ascom NPAD/UFRN)