O metal que conduz energia e não esquenta já desafia uma das leis fundamentais dos condutores, e abre inúmeras possibilidades de aplicação até então impossíveis que podem revolucionar setores inteiros.

Os pesquisadores identificaram um metal que conduz eletricidade sem conduzir o calor – uma propriedade incrivelmente útil que desafia nossa compreensão atual de como funcionam os condutores.

A descoberta foi publicada pela revista Science

O metal vai contra a Lei Wiedemann-Franz, que basicamente afirma que bons condutores de eletricidade também serão proporcionalmente bons condutores de calor, razão pela qual motores e outros aparelhos aquecem quando usados regularmente.

Mas uma equipe nos EUA mostrou que este não é o caso do dióxido de vanádio metálico (VO2) – um material que já é conhecido por sua estranha capacidade de mudar de um isolador transparente para um metal condutor à temperatura de 67 Graus Celsius (152 graus Fahrenheit).

“Esta foi uma descoberta totalmente inesperada”, disse o pesquisador chefe da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab, Junqiao Wu, .

“Isso mostra uma mudança drástica de uma lei documentada em livros didáticos robusta relacionada a condutores convencionais. Esta descoberta é de fundamental importância para a compreensão do comportamento eletrônico básico de novos condutores”.

Esta propriedade inesperada não só altera o que sabemos sobre os condutores, mas também pode ser incrivelmente útil – o metal poderia ser usado um dia para converter calor desperdiçado de motores e aparelhos de volta para a eletricidade, ou mesmo criar melhores revestimentos de janelas que poderiam manter a temperatura de edifícios.

Os pesquisadores já conhecem vários outros materiais que conduzem a eletricidade melhor do que o calor, mas eles apenas exibem essas propriedades a temperaturas centenas de graus abaixo de zero, o que as torna altamente impraticáveis ​​para qualquer aplicativo do mundo real.

O dióxido de vanádio, por outro lado, geralmente é apenas um condutor a temperaturas quentes bem acima da temperatura ambiente, o que significa que tem a capacidade de ser muito mais prático.

Para descobrir esta nova e bizarra propriedade, a equipe observou a forma como os elétrons se movem dentro da rede cristalina do dióxido de vanádio, bem como a quantidade de calor que estava sendo gerado.

Surpreendentemente, eles descobriram que a condutividade térmica que poderia ser atribuída aos elétrons no material era 10 vezes menor que a quantidade prevista pela Lei Wiedemann-Franz.

A razão para isso parece ser a maneira sincronizada que os elétrons se movem através do material.

“Os elétrons estavam se movendo em uníssono um com o outro, como acontece em um fluido, em vez de partículas individuais como nos metais normais”, disse Wu.

“Nos os elétrons, o calor gera movimento aleatório. Os metais normais transportam o calor eficientemente porque existem tantas configurações microscópicas possíveis diferentes que os elétrons individuais podem saltar entre eles.”

“Em contrapartida, o movimento coordenado de banda de movimento de elétrons no dióxido de vanádio dificulta a transferência de calor, pois há poucas configurações disponíveis para que os elétrons saltem aleatoriamente entre eles”, acrescentou.

Curiosamente, quando os pesquisadores misturaram o dióxido de vanádio com outros materiais, eles puderam “sintonizar” a quantidade de eletricidade e calor que ele conduzida – o que poderia ser incrivelmente útil para futuras aplicações.

Por exemplo, quando os pesquisadores adicionaram o tungstênio ao dióxido de vanádio, houve queda na temperatura à qual o material se tornou metálico e também o tornaram um condutor de calor melhor.

Isso mostrou que o dióxido de vanádio pode ajudar a dissipar o calor de um sistema, apenas produzindo calor quando atinge uma certa temperatura. Antes disso, seria um isolador.

O dióxido de vanádio também tem a capacidade única de ser transparente a cerca de 30 graus Celsius (86 graus Fahrenheit), mas reflete luz infravermelha acima de 60 graus Celsius (140 graus Fahrenheit) enquanto permanece transparente à luz visível.

Isso significa que ele pode até ser usado como um revestimento de janela que reduz a temperatura sem a necessidade de ar condicionado.

“Este material poderia ser usado para ajudar a estabilizar a temperatura”, disse um dos pesquisadores, Fan Yang.

“Ao ajustar sua condutividade térmica, o material pode dissipar de forma eficiente e automática o calor no verão quente, porque ele terá alta condutividade térmica, mas evita a perda de calor no inverno frio por causa de sua baixa condutividade térmica em temperaturas mais baixas”.

Muitas pesquisas ainda precisam ser feitas sobre este material intrigante antes de ser comercializado, mas é realmente empolgante que agora sabemos que essas propriedades esquisitas existem em um material à temperatura ambiente.