Metapainéis solares

Um dos grandes problemas da captação de energia solar é o fato de as proteções transparentes das células solares atrapalharem a passagem de luz. Isso ocorre porque o material (geralmente vidro ou plástico) possui um índice de refração difere do ar, fazendo com que a luz que tente atravessar o material seja espalhada ou refletida.

Para contornar esse problema, alguns alunos de pós-graduação da renomada Caltech (California Institute of Technology) desenvolveram um material capaz de minimizar essa perda. Esse metamaterial funciona curvando a luz “para o lado contrário” do normal por causa de seu índice de refração negativo.

No entanto, enquanto a maior parte dos metamateriais de refração negativa (NIM em inglês) atingem essa propriedade através de várias camadas de ressonadores (como a imagem do cabeçalho desse blog), essa nova pesquisa da Caltech o faz em apenas uma camada de prata permeada por guias de onda plasmônicos pareados (“coupled plasmonic waveguides”).

Isso significa que pequenas estruturas (os guias de onda) na interface entre um metal e um isolante (no caso, o ar) conduzem a luz que incide sobre o metamaterial através deste, de tal forma que é possível, até certo ponto, controlar o ângulo de curvatura da luz durante esse processo. Dessa forma reduz-se a perda de energia devido ao espalhamento e reflexão da luz incidente.

Apesar disso, o material ainda é pouco eficiente, pois se aquece facilmente, perdendo cerca de 60% da energia incidente. Segundo Harry Atwater, professor de física aplicada e ciência dos materiais na Caltech, além de líder da equipe de pesquisa,  a meta da equipe é reduzir esse número para apenas 10%.

(à direita, Harry Atwater, coordenador da pesquisa)

Outras vantagens do metamaterial são sua versatilidade (não só ele funciona com qualquer polarização da luz, como também a curvatura desejada é facilmente atingível modificando-se o formato dos guias de onda) e o fato de ser um dos primeiros metamateriais a agir no espectro de luz visível.

Para mais info,
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=metamaterial-indice-negativo-refracao&id=010160100428
http://www.technologyreview.com/energy/25199/ (inglês)

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Metacapa

A estréia do sétimo filme de Harry Potter agita as salas de cinema. Enquanto a história do bruxo possui inúmeras coisas fora da realidade, um dos famosos artefatos apresentados na película pode ser mais verossímil do que muitos podem acreditar: a capa da invisibilidade.

Isso mesmo; cientistas australianos querem usar metamateriais para criar fios invisíveis. Para isso precisam criar metamateriais ópticos, com componentes bem menores do que o comprimento de uma onda de luz, gerando propriedades ópticas não encontradas naturalmente.


(pesquisa australiana já a venda no Mercado Negro Livre)

Para fazer tais componentes, é usada a mesma técnica de fabricação da fibra ótica. O processo consiste em aquecer tubos com os metamateriais ópticos dentro e usar uma máquina que os “puxa” deixando-os cada vez mais finos e flexíveis.

A pesquisa até agora consegue apenas uma espessura de dez micrômetros enquanto a ideal seria de apenas um. Essa discrepância faz com que os fios “invisíveis” possam ser visto sob determinados comprimentos de onda.

Com a técnica de “puxamento” aprimorada, poderemos aproximar mais um pouco a realidade da ficção.

Para mais informações,
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=manto-da-invisibilidade-3d&id=010160100319

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Metainvisibilidade

É difícil entender um conceito sem o auxílio de imagens e vídeos. Por isso, aqui vão três recomendações de vídeos (todos em inglês) sobre como os metamateriais podem gerar invisibilidade:

Vídeo em inglês, sobre como funciona a invisibilidade. Atenção, o som do vídeo é realmente baixo:

Pequena simulação sobre o funcionamento dos metamaterias com índice de refraçao negativa:

Vídeo sobre metamateriais em geral, aplicações e desafios:

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Física do Impossível

Escrito por Michio Kaku e lançado em 2008, Física do Impossível é um livro que aborda tecnologias não existentes no mundo real, mas corriqueiras na ficção científica e na nossa imaginação.

Com uma linguagem simples sem conteúdo matemático e apenas utilizando conceitos da física, Michio Kaku analisa fundamentos científicos de utopias como a invisibilidade, viagens no tempo, teletransporte, maquinas de moto-perpétuo e classifica em três níveis e impossibilidade.

O livro é dividido em três partes, cada uma com dois ou mais capítulos. Na primeira parte, escreve sobre as impossibilidades de classe I, que considera viáveis nos próximos séculos, por não violarem nenhuma lei da física. Na segunda, ele fala sobre as impossibilidades de classe II, que talvez sejam possíveis em milênios a milhões de anos, pois se encontram no limite da nossa compreensão do mundo da física. Por fim, a terceira parte é sobre as impossibilidades de classe III, que violam as leis físicas conhecidas e se forem possíveis mudarão completamente a compreensão da física.

O autor, ao falar sobre cada tecnologia, conta a origens de cada idéia seja em livros da literatura ou no cinema. Após essa introdução, analisa a possibilidade de acordo com as leis da física, sempre explicando-as para deixar claro para o leitor. Por fim justifica a colocação da tecnologia em sua classe.

Recomendo esse livro para todos que possuem curiosidade sobre o impossível. Por ter uma linguagem simples, não são necessários muitos conhecimentos prévios.

Michio Kaku é um físico teórico professor da City University e do City College em Nova York. Formou-se em física na Havard University em 1968  Já escreveu vários livros como Hiperespaço, Visões do futuro, Mundos paralelos. Organiza séries e documentários sobre ciência para a BBC e o History Channel.

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Metamedicina

Talvez algumas das mais nobres aplicações da ciência ocorrem nas áreas de saúde e medicina e os metamateriais não estão fora disso.  Por causa de suas características no comportamento com ondas, eles são alvo de pesquisa na área de diagnósticos.

Uma das aplicações nessa área é a a ultrassonografia. Ela é um antigo exame para diagnósticos baseado em ondas sonoras. Por ser barato, não invasivo e sem efeitos colaterais, se tornou o instrumento perfeito para ser usado na monitoração de gestantes.

Mas quem já presenciou o exame pôde perceber que a qualidade da imagem é um tanto duvidosa. Isso se dá ao fato de que, sendo baseado em som, os menores detalhes capturados pelo aparelho são do tamanho das ondas sonoras utilizadas, na faixa de um milímetro. Ou seja, nada menor que isso poderá ser “visto”.

A solução para o problema está nas ondas evanescentes. Estas são vibrações que se propagam de um objeto mas desaparecem sem viajar muito. Tais ondas contem importantes informações sobre o objeto.

O novo dispositivo utiliza um metamaterial capaz de capturar as ondas evanescentes. Ele é formado por 1.600 tubos de cobre, ordenados em uma barra de 6,3 centímetros de lado e 16 centímetros de comprimento.

Com essa nova tecnologia, praticamente pronta para ser aplicada, o exame consegue ver formas cinquenta vezes menores do que conseguiam antes, já que a única limitação é o tamanho dos buracos da estrutura.


(Nesta imagem, vemos um objeto bastante pequeno (esquerda) e suas imagens em um ultrassom convencional (meio) e de alta resolução(direita).)

Outra aplicação diagnóstica também se relaciona com as propriedades óticas dos metamateriais. Alguns cientistas das universidades Tufts e Boston conseguiram criar um metamaterial a partir da seda.

O metamaterial consiste em 10 mil ressonadores de ouro espalhados sobre 1 centímetro quadrado de seda.  Esses ressonadores são minúsculos anéis fendidos (daí o nome em inglês split-ring resonator) que, quando são atravessados por ondas de luz na faixa dos terahertz, respondem de maneira peculiar.


(À direita, um pedaço do metamaterial (quadrado) sobre uma fibra de seda)

Combinando-se essa propriedade com o fato de que a seda é biocompatível (não provoca reações negativas no corpo humano), pode-se criar sensores implantáveis que poderão medir, entre outras coisas, o índice de glicose no sangue de diabéticos.

Além disso, os pesquisadores acreditam que em breve será possível ampliar a utilidade desse material para a luz visível (podendo-se, entre outras aplicações, criar materiais invisíveis).

Para mais informações, visite os seguintes links:
Ultrassom:
http://www.inovacaotecnologica.com.br
Seda:
http://news.discovery.com/tech/silk-invisibility-cloak.html (inglês)
http://news.tufts.edu/releases/release.php?id=198 (inglês)

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Enkonduko

Bem vindo ao mundo dos Metamateriais! Aqui você encontrará as mais recentes pesquisas sobre metamateriais, um importante tema dentro da nanotecnologia.

Metamateriais é uma categoria muito especial de compostos que possuem características incomuns, devido à sua estrutura, que os tornam úteis em áreas como acústica, ótica e geração de energia.

Não espere encontrar aqui conceitos puros; nosso principal objetivo é postar notícias de pesquisas e aplicações de metamateriais e através delas explicar as ideias por trás, sempre envolvendo o maravilhoso mundo da nanotecnologia.

Divirta-se e aprenda!

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