Magnetismo alterado com luz promete nova geração de HDs

Redação do Site Inovação Tecnológica -  28/11/2016

CH3NH3(Mn:Pb)I3 - o material é uma perovskita modificada em relação às que vêm sendo usadas em LEDs e células solares. À esquerda é visto um fósforo, para referência da dimensão da amostra. [Imagem: M. Spina/E. Horváth/EPFL]

Fotocondutor magnético

Um novo material que mescla propriedades magnéticas e fotônicas apresentou características que o tornam sob medida para fabricação de uma nova geração de discos rígidos de maior densidade e menor consumo de energia.

Neste material, as propriedades magnéticas podem ser rápida e facilmente manipuladas - para escrever e ler dados - sem qualquer geração de calor, que impõe restrições à eficiência dos materiais atualmente utilizados.

Em termos técnicos, este é o primeiro fotocondutor magnético.

Magnetismo alterado com luz

O magnetismo surge das interações entre os elétrons localizados - restritos a determinada região - e os elétrons em movimento dentro de um material - de certa forma, o magnetismo é o resultado da competição entre os diferentes movimentos dos elétrons. Isto significa que o estado magnético está "travado" no material, não podendo ser invertido sem que se altere os elétrons na estrutura cristalina do material. Mas uma maneira fácil de inverter as propriedades magnéticas seria uma vantagem enorme em muitas aplicações, como no armazenamento magnético de dados.

O novo material oferece exatamente isso: uma maneira de alterar o estado magnético usando luz. "Nós essencialmente descobrimos o primeiro fotocondutor magnético," afirmou Bálint Náfrádi, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça.

De forma não muito surpreendente, este primeiro fotocondutor magnético é uma perovskita, mas uma versão modificada do material que vem sendo usado para fabricar células solares e LEDs melhores do que os de silício.

A inversão do estado magnético é muito rápida, na escala de quadrilionésimos de segundo. [Imagem: B. Náfrádi et al. - 10.1038/ncomms13406]

Fusão da magnetização

A nova estrutura cristalina combina as vantagens dos ferromagnetos, cujos momentos magnéticos estão alinhados em uma ordem bem definida, e dos fotocondutores, onde a luz gera elétrons livres de alta densidade.

A combinação das duas propriedades produziu um fenômeno inteiramente novo: a "fusão" da magnetização por fotoelétrons, que são elétrons emitidos por um material quando a luz o atinge.

Um mero LED vermelho - muito mais fraco do que uma caneta a laser - é suficiente para romper ou "fundir" a ordem magnética na perovskita e gerar uma alta densidade de elétrons em movimento, que podem ser ajustados de forma livre e contínua alterando a intensidade da luz. E a inversão do estado magnético do material também é muito rápida, na escala de quadrilionésimos de segundo, superior aos materiais usados no armazenamento de dados hoje.

Embora as pesquisas estejam em estágio inicial, essas propriedades significam que o novo material pode ser usado para construir a próxima geração de sistemas de armazenamento, apresentando maior densidade de dados com baixo consumo de energia.

Bibliografia:

Optically switched magnetism in photovoltaic perovskite CH3NH3(Mn:Pb)I3
B. Náfrádi, P. Szirmai, M. Spina, H. Lee, O. V. Yazyev, A. Arakcheeva, D. Chernyshov, M. Gibert, L. Forró, E. Horváth
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 13406
DOI: 10.1038/ncomms13406

Programas gratuitos para organizar sua pesquisa

Ethan Dunwill -  29/11/2016

Softwares para pesquisa

Quando você está fazendo uma pesquisa, seja acadêmica ou profissional, há material mais do que suficiente para acompanhar. Você precisa lembrar quem disse o quê e em que artigo. Você tem que lembrar onde viu qual estatística e como ela foi coletada. E, talvez pior de tudo, muitas vezes você tem que se lembrar de todas essas coisas por meses, ou mesmo anos, para que possa usá-las quando precisar.

Com tanta coisa se entulhando em sua cabeça, você provavelmente não vai conseguir se lembrar de todos os artigos que leu, em quais revistas e em que ano eles foram publicados - seria pedir demais!

Felizmente, não é necessário contar apenas com sua memória.

Existem inúmeras ferramentas para ajudar a organizar o material de modo que você não só possa recuperá-lo facilmente, mas até mesmo acessá-lo com um mínimo de cliques. Abaixo está uma seleção dos mais conhecidos - e gratuitos.

Zotero

Este programa gratuito permite que você facilmente colete, organize, cite e compartilhe os dados que encontrar on-line. O poder da ferramenta é que ela automaticamente detecta o conteúdo que você está vendo no seu navegador, permitindo que você o salve com um único clique.

O Zotero então coleciona tudo o que você salvou em uma interface pesquisável onde qualquer coisa pode ser facilmente recuperada no futuro. Você pode guardar qualquer coisa, de PDFs a vídeos.

Mendeley

O Mendeley é bem conhecido porque é uma plataforma fantástica para salvar pdfs e outros documentos de pesquisa. Pode ser um pouco mais limitado do que o Zotero, mas compensa isso sendo excepcionalmente bom no que faz, permitindo que você crie uma biblioteca digital de tudo o que leu.

Mais do que isso, você pode usá-lo para destacar partes específicas em textos que você achar importante e, em seguida, ele irá sincronizar tudo em suas diferentes plataformas. Outra grande vantagem é que o programa pega os resumos dos diferentes textos que você coletou e os coloca diretamente na janela de pesquisa, para que você possa verificar rapidamente se esse é o documento que está procurando sem ter que abrir a coisa inteira.

BenuBird PDF

Outra boa ferramenta para dar uma olhada é o BenuBird PDF. Ele é em parte uma substituição do Windows Explorer e em parte um gerenciador de coleções. Ele é realmente muito bom, pegando um grupo de arquivos e classificando-os em uma coleção, tornando muito mais fácil encontrar o que se está procurando.

Você pode procurar dados em muitos formatos diferentes (ou em apenas um formato de cada vez), você pode compactar documentos importantes e muito mais. É uma ótima escolha se você é uma daquelas pessoas que coleta dezenas de artigos por semana e agora tem uma biblioteca tão grande que até navegar por ela leva um tempo substancial.

Citeulike

O Citeulike é um programa de armazenamento de citações, bem como um tipo de plataforma de mídia social simplificada. É fácil compartilhar citações com outros leitores, bem como ver quais outras pessoas que você conhece estão lendo os mesmos artigos que você.

Desta forma, é possível descobrir o que os figurões da área estão lendo - desde que, naturalmente, eles também usem o programa.

Ele também é uma biblioteca e um espaço de armazenamento, de forma que, mesmo que a maioria dos seus colegas não estejam na plataforma, você ainda poderá usá-la como um local de armazenamento normal, de forma similar aos outros pacotes citados acima.

Finalmentes

Manter tudo organizado enquanto você está fazendo uma pesquisa pode ser realmente difícil. Ao mesmo tempo, também é absolutamente essencial, caso contrário você poderá perder inúmeros artigos - e você nunca sabe quando poderá querer reencontrar algo que leu há seis meses.

Por isto, certifique-se de encontrar a ferramenta certa e a utilize religiosamente. Seu futuro eu certamente irá lhe agradecer porque, em vez de ter que gastar dias em busca de um artigo crucial, o você do futuro simplesmente terá que apertar a tecla de busca do programa - uma situação bem melhor do que a do você do presente.

Vida mescla silício e carbono pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/11/2016

Impressão artística de uma forma de vida baseada em silício, em vez do carbono que estrutura a vida na Terra. [Imagem: Lei Chen/Yan Liang/Caltech]

Ligações carbono-silício

Biólogos e químicos conseguiram pela primeira vez fazer com que um organismo vivo realize ligações carbono-silício, algo até hoje só realizado por processos sintéticos.

É um mistério por quê o silício, o segundo elemento mais abundante da Terra, depois do oxigênio, não é utilizado pelos seres vivos.

Afinal, o carbono e o silício são quimicamente muito semelhantes: Ambos podem formar ligações com quatro átomos simultaneamente, o que é bastante adequado para formar as longas cadeias de moléculas encontradas nos seres vivos, como nas proteínas e no DNA.

Os cientistas há muito se perguntam se a vida na Terra poderia ter evoluído com base no silício em vez do carbono e, mais recentemente, os astrobiólogos levantaram a possibilidade de isso ocorrer em exoplanetas. Os autores de ficção científica, claro, já imaginaram mundos alienígenas com vida baseada em silício, como as criaturas Horta retratadas em um episódio da série Jornada nas Estrelas.

Sek Bik Kan e seus colegas da Universidade de Tecnologia da Califórnia trouxeram agora tudo isto para a realidade, demonstrando que a natureza pode ser convencida, com um pequeno auxílio da biologia sintética, a incorporar o silício em suas moléculas baseadas em carbono, que são os blocos fundamentais de construção da vida, formando ligações C-Si.

• Cientista imagina forma de vida alienígena

Sek Bik Jennifer Kan conseguiu pela primeira vez convencer um organismo vivo a incorporar silício em sua estrutura. [Imagem: Caltech]

Medicamentos e outras formas de vida

Além de ajudar a procurar formas de vida como não conhecemos, ou mesclar o silício nas formas de vida que conhecemos, para ver no que isso pode dar, a técnica deverá ter um impacto direto e substancial no setor industrial, da fabricação de LEDs e componentes eletrônicos até a sintetização de novos fármacos.

Compostos com moléculas silício-carbono - organossilício ou organossilicatos - são largamente utilizados em produtos farmacêuticos, defensivos agrícolas, tintas, semicondutores e telas de computador e TV. Sobretudo a área de medicamentos pode ter um grande impulso com a possibilidade de sintetizar compostos ativos à base de silício que possam ser usados pelas rotas metabólicas dos seres humanos.

Uma vez que as ligações silício-carbono não são encontradas na natureza, estes produtos são hoje fabricados sinteticamente. E o processo sintético para fazer ligações silício-carbono normalmente usa catalisadores de metais preciosos e solventes tóxicos, e requer processamentos extras para remover subprodutos indesejáveis, tudo contribuindo para aumentar o custo de produção desses compostos.

"Nosso catalisador à base de ferro e geneticamente codificado é barato, não-tóxico e fácil de ser modificado em comparação com outros catalisadores usados na síntese química. A nova reação também pode ser feita a temperatura ambiente e em água," contou Sek Bik.

Estrutura da proteína citocromo-c, do microrganismo Rhodothermus marinus, mostrando um átomo de ferro (vermelho) no centro. Os pesquisadores induziram mutações nas enzimas (rosa) para melhorar a capacidade da proteína em formar ligações carbono-silício. [Imagem: Frances Arnold Lab/Caltech]

Evolução dirigida

Os pesquisadores usaram um método chamado de evolução dirigida, no qual enzimas são criadas em laboratório por seleção artificial, de forma similar à utilizada para desenvolver melhores cultivares ou aprimorar raças de animais de criação. As enzimas são uma classe de proteínas que catalisam, ou facilitam, reações químicas.

O processo de evolução dirigida começa com a enzima que se deseja aprimorar. O DNA que a codifica é mutado de forma mais ou menos aleatória, e as enzimas resultantes são testadas para avaliar a característica desejada. Aquela que atingir o melhor desempenho é então mutada novamente, e o processo é repetido até que uma enzima descendente consiga executar a tarefa com um ganho substancial em relação à enzima original.

Neste caso, Sek Bik queria convencer a proteína a fazer algo que ela nunca faria naturalmente. A melhor candidata encontrada foi uma proteína de uma bactéria que cresce nas fontes termais da Islândia. Essa proteína, chamada citocromo c, normalmente troca elétrons com outras proteínas, mas também é capaz de agir como uma enzima para criar ligações silício-carbono em baixo nível. Então, foi uma questão de usar a evolução dirigida, que permitiu obter a enzima otimizada depois de apenas três rodadas evolutivas.

A enzima "evoluída" é 15 vezes melhor do que o melhor catalisador inventado até hoje pelos químicos para fazer o mesmo trabalho. Além disso, ela é altamente seletiva, o que significa que ela produz menos subprodutos indesejados que precisem ser separados quimicamente.

Bibliografia:

Directed evolution of cytochrome c for carbon-silicon bond formation: Bringing silicon to life
Sek Bik Jennifer Kan, Russell D. Lewis, Kai Chen, Frances H. Arnold
Science
Vol.: 354, Issue 6315, pp. 1048-1051
DOI: 10.1126/science.aah6219

Tecnologias Quânticas: Simulador quântico mais rápido do mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/11/2016

O simulador quântico fez em um bilionésimo de segundo algo que o supercomputador mais rápido não conseguirá fazer nem com todo o tempo do mundo.[Imagem: NINS/IMS]

Simulação quântica

Uma equipe do Japão e da Alemanha desenvolveu o simulador quântico mais rápido do mundo, capaz de simular a dinâmica de um grande número de átomos interagindo uns com os outros em intervalos de um bilionésimo de segundo.

Conjuntos de partículas interagentes são conhecidos como "sistemas fortemente correlacionados". Compreender as propriedades desses sistemas é um dos objetivos centrais das ciências modernas porque a dinâmica de muitos elétrons - ou outras partículas quânticas - interagindo uns com os outros governa uma variedade de importantes fenômenos físicos e químicos, incluindo a supercondutividade, o magnetismo e as reações químicas.

No entanto, é extremamente difícil prever as propriedades de um sistema desses mesmo usando os supercomputadores mais rápidos já construídos ou já projetados. O supercomputador Post-K, por exemplo, que está sendo construído no Japão e deverá ficar pronto em 2020, não conseguirá calcular exatamente nem mesmo a energia, que é a propriedade mais básica da matéria, quando o número de partículas no sistema for superior a 30.

Simulador quântico

Um conceito alternativo ao uso de computadores clássicos envolve um "simulador quântico", no qual as partículas, como átomos ou elétrons, são montadas em um sistema cujas propriedades são conhecidas e controláveis - como um átomo artificial, um condensado de Bose-Einstein ou um átomo de Rydberg.

Este sistema é então usado para simular as propriedades do sistema fortemente correlacionado que se pretende estudar, cujas propriedades não são conhecidas.

Nobuyuki Takei e seus colegas montaram um simulador quântico capaz de simular a dinâmica de um sistema fortemente correlacionado de mais de 40 átomos em apenas um bilionésimo de segundo, algo que o supercomputador Post-K, quando estiver pronto, não conseguirá fazer nem "com todo o tempo do mundo".

Segredos da supercondutividade

A construção desse simulador foi possível usando uma nova abordagem na qual um pulso ultracurto de laser - cada pulso dura apenas 100 bilionésimos de segundo - é usado para controlar um conjunto muito denso de átomos resfriados a uma temperatura próxima do zero absoluto.

Como prova de conceito, a equipe simulou o movimento de conjuntos de elétrons alterando a força das interações entre os átomos do simulador quântico. Como primeira aplicação prática, eles pretendem estudar como os elétrons interagem entre si para dar origem à supercondutividade.

• Simulador quântico permite pilotar átomos

Bibliografia:

Direct observation of ultrafast many-body electron dynamics in an ultracold Rydberg gas
Nobuyuki Takei, Christian Sommer, Claudiu Genes, Guido Pupillo, Haruka Goto, Kuniaki Koyasu, Hisashi Chiba, Matthias Weidemüller, Kenji Ohmori
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 13449
DOI: 10.1038/NCOMMS13449

Tecnologias Quânticas: Qubits construídos dentro do diamante

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/11/2016

Esta ilustração mostra uma matriz de lacunas, ou cargas positivas, (roxas) gravadas no diamante, com dois átomos de silício (amarelo) colocados entre as lacunas.[Imagem: Sandia National Laboratories]

Centros de cor de silício

Pesquisadores dos Laboratórios Sandia e da Universidade de Harvard, nos EUA, conseguiram colocar pela primeira vez em um único chip todos os componentes necessários para criar uma ponte quântica, um dispositivo capaz de interconectar processadores quânticos, que individualmente ainda são pequenos demais para fazer cálculos úteis.

E eles fizeram isto substituindo as vacâncias de nitrogênio, defeitos naturais existentes no diamante que vêm sendo explorados como qubits, por vacâncias cuidadosamente projetadas e criadas exatamente onde se precisa delas - até agora era preciso procurar entre milhares de defeitos naturais que apresentassem a característica exata necessária.

"As pessoas já construíram pequenos processadores quânticos. Mas talvez o primeiro computador quântico útil não seja um único computador gigantesco, mas um cluster de pequenos processadores conectados," disse Ryan Camacho, membro da equipe.

A distribuição de informações quânticas em uma ponte ou rede também pode permitir novas formas de sensoriamento de altíssima precisão, uma vez que as correlações quânticas permitem que todos os átomos da rede se comportem como se fossem um único átomo.

• Diamante e silício dão-se as mãos rumo ao computador quântico

Silício e diamante

A técnica consistiu em injetar íons individuais em locais precisos dentro da rede atômica de um nanodiamante.

Ao substituir um átomo de carbono no diamante pelo átomo de silício, que é muito maior, a técnica força dois outros átomos de carbono adjacentes e "fugirem", deixando o átomo de silício com um enorme espaço à sua disposição. O resultado é que as vacâncias, as ausências de carbono, tipicamente não-condutoras, protegem o átomo de silício contra correntes elétricas que possam afetá-lo.

Foto do experimento real. [Imagem: R. Evans/Harvard]

Devido a esse grau de liberdade, embora os átomos de silício injetados estejam incorporados em um sólido, eles se comportam como se flutuassem em um gás. Com isto, a resposta de seus elétrons aos estímulos quânticos não é obscurecida por interações indesejadas com outras matérias, mantendo a informação intacta.

Com os átomos de silício cuidadosamente implantados no substrato de diamante, fótons de um laser fazem com que elétrons do silício saltem para seu próximo estado de energia. Como tudo procura seu nível de energia mais baixo possível, quando os elétrons retornam ao estado de energia mais baixa eles emitem fótons quantizados que carregam informações em sua frequência, intensidade e polarização.

A partir de agora, tudo o que era feito com as vacâncias de nitrogênio, poderá ser feito de forma mais controlada e precisa com esses qubits construídos sob demanda.

• Bits atômicos fazem ponte entre eletrônica e computação quântica

Bibliografia:

An integrated diamond nanophotonics platform for quantum optical networks
A. Sipahigil, R. E. Evans, D. D. Sukachev, M. J. Burek, J. Borregaard, M. K. Bhaskar, C. T. Nguyen, J. L. Pacheco, H. A. Atikian, C. Meuwly, R. M. Camacho, F. Jelezko, E. Bielejec, H. Park, M. Loncar, M. D. Lukin
Science
DOI: 10.1126/science.aah6875

Tecnologias quânticas: Cristal atômico é passo gigantesco para processador quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica -  25/11/2016

Esquema do experimento, que essencialmente cria cristais de átomos, de baixo para cima. [Imagem: Manuel Endres et al. - 10.1126/science.aah3752]

Manipulação de átomos

Pesquisadores do MIT e da Universidade de Harvard, nos EUA, construíram um equipamento que lhes permite usar lasers como "pinças ópticas" para capturar átomos individuais de um gás e colocá-los no lugar que quiserem.

Conforme os átomos são aprisionados, uma câmera é usada para criar imagens dos átomos individuais, o que fornece dados precisos sobre suas localizações. Com base nessas imagens, é possível então ajustar o ângulo dos raios laser - ou das pernas das pinças ópticas, em outros termos - para mover cada átomo, fazendo-os formar qualquer configuração.

A ideia é usar esses átomos como bits quânticos, ou qubits. Apesar dos progressos na computação quântica, as técnicas usadas até agora têm-se mostrado difíceis de escalonar, não havendo ainda uma maneira confiável de colocar um grande número de qubits funcionando simultaneamente.

Cristais artificiais

Até agora, a equipe criou matrizes de 50 átomos e os manipulou em vários padrões sem defeitos - é como se eles estivessem construindo pequenos cristais "de baixo para cima", átomo por átomo.

E ter 50 qubits funcionando simultaneamente - algo que este experimento ainda não demonstrou - é o sonho de qualquer pesquisador na área da computação quântica. Alguns especialistas na área afirmam que é possível mapear toda a informação do Universo com 300 qubits.

"Nós demonstramos um conjunto reconfigurável de armadilhas para átomos individuais, onde podemos preparar até 50 átomos individuais em armadilhas separadas deterministicamente, para uso futuro no processamento de informação quântica, simulações quânticas ou medições de precisão," disse o professor Vladan Vuletic, membro da equipe.

• Cristais com qubits podem viabilizar computador quântico

Uma matriz de átomos é essencialmente um simulador quântico, que possibilita testar os materiais nas mesmas regras e condições da física à qual eles estão sujeitos: a mecânica quântica. [Imagem: Britton/NIST/Nature]

Qubits de átomos neutros

A técnica manipula átomos neutros, que não possuem uma carga elétrica. A maioria dos outros experimentos quânticos trabalha com átomos carregados eletricamente, ou íons, já que suas cargas os tornam mais fáceis de manipular e aprisionar.

Já foi bem demonstrado que os íons podem ser usados para formar portas quânticas, realizando operações lógicas entre qubits. No entanto, devido à sua natureza elétrica, os íons repelem-se mutuamente, o que torna difícil colocá-los em matrizes densas.

Os átomos neutros, por outro lado, não têm nenhum problema em ficar próximos uns dos outros. O principal obstáculo ao uso de átomos neutros como qubits é que, ao contrário dos íons, é difícil mantê-los no lugar e operar com eles, já que eles experimentam forças muito fracas.

O próximo passo da equipe é justamente encorajar os átomos neutros a funcionar como portas quânticas, realizando o processamento mais básico de informação entre dois qubits. Outras equipes já demonstraram que isso é possível, mas até agora ninguém conseguiu manter as portas quânticas em funcionamento quando um grande número de átomos está envolvido.

Se conseguirem induzir 50 átomos ou mais a funcionarem como qubits, eles terão dado um passo significativo em direção à construção de um processador quântico realístico.

Bibliografia:

Atom-by-atom assembly of defect-free one-dimensional cold atom arrays
Manuel Endres, Hannes Bernien, Alexander Keesling, Harry Levine, Eric R. Anschuetz, Alexandre Krajenbrink, Crystal Senko, Vladan Vuletic, Markus Greiner, Mikhail D. Lukin
Science
DOI: 10.1126/science.aah3752

Brasileiros avançam em células solares inovadoras

Com informações da Unesp -  25/11/2016

A incorporação de nióbio deu novo impulso às células solares brasileiras. [Imagem: Vinícius Leme/CDMF]

Células solares de perovskita

Há poucos meses, pesquisadores da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) apresentaram os primeiros protótipos de células solares de perovskitas feitas no Brasil, um dos materiais mais promissores e mais pesquisados atualmente em todo o mundo.

Agora foi a vez de uma equipe da UNESP (Universidade Estadual Paulista) dar um passo adicional, alcançando uma eficiência de 15% na conversão de energia solar em eletricidade.

Atualmente, as células solares mais comuns são feitas de silício, que apresentam uma eficiência de conversão de energia na faixa de 20%. Mas elas parecem ter chegado ao limite porque, nos últimos 15 anos, não foram observados progressos com as células de silício e sua eficiência permanece estagnada.

Perovskita com nióbio

A nova tecnologia fotovoltaica, usando cristais de perovskitas, foi descoberta em 2009. "Inicialmente, a eficiência de conversão de energia das células solares de perovskita era de apenas 3%. Hoje, já temos eficiências tão altas quanto 22%. Esse rápido avanço colocou as células solares de perovskitas em competição com as células de silício comerciais e essa tecnologia já é considerada promissora para a aplicação em larga escala," detalhou a pesquisadora Sílvia Letícia Fernandes, responsável pelos novos aprimoramentos.

A inovação no trabalho de Sílvia foi a introdução de óxido de nióbio como parte da célula solar, a fim de melhorar seu desempenho: "Conseguimos bons resultados quando inserimos o óxido de nióbio nas células, inclusive um ganho na estabilidade do dispositivo. Vale ressaltar que o uso do nióbio é de grande interesse para o nosso país, visto que mais de 90% das reservas desse mineral estão localizadas no Brasil."

• Células solares de perovskita, agora eficientes e grandes

Perovskitas

Perovskita é um termo geral usado para designar a estrutura do material - CH₃NH₃PbI₃ é o material mais utilizado - responsável por absorver a luz do sol e gerar corrente elétrica.

Existem várias vantagens que as células de perovskitas apresentam sobre as de silício tradicionais.

"Enquanto o dióxido de silício (SiO₂) é abundante na forma de areia de praia, separar as moléculas de oxigênio ligadas ao silício requer uma quantidade gigantesca de energia. O dióxido de silício funde a altas temperaturas, acima de 1500 °C, o que paradoxalmente libera mais emissão de dióxido de carbono na atmosfera e também cria um limite fundamental sobre o custo de produção das células solares de silício. Outra complicação das células fotovoltaicas de silício é que elas são pesadas e rígidas. Estes painéis pesados contribuem para os altos custos de montagem das matrizes e módulos fotovoltaicos de silício," comenta a pesquisadora.

Como são feitas de filmes finos - as perovskitas são consideradas um material bidimensional, como as folhas de grafeno - elas são muito mais flexíveis e têm potencial para serem mais baratas.

• Material do futuro é sintetizado por mecanoquímica

Desafios a vencer

Enquanto as células solares de silício são consideradas uma tecnologia madura, o progresso das células de perovskitas continua a florescer. Em sete anos, sua eficiência aumentou cinco vezes, tendo duplicado apenas nos últimos dois anos.

Mas ainda existem desafios a vencer para que as células de perovskitas saiam dos laboratórios e cheguem aos telhados das casas.

"Células de silício são extremamente resistentes, o que não é o caso das de perovskitas. Estas permanecem suscetíveis à água, ao ar e à luz. Além disso, a questão de como produzir células solares de perovskita em grande escala de forma competitiva com a tecnologia de silício é ainda um ponto de interrogação. Mas, com o aumento exponencial da eficiência de conversão de energia, baixos custos de produção e métodos fáceis de fabricação que são ambientalmente amigáveis, o potencial das células solares de perovskitas é promissor e brilhante," prevê Sílvia.

Técnica supersônica gera filme de metal transparente

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/11/2016

A técnica de fabricação supersônica é incrivelmente barata e simples.[Imagem: S.K. Yoon, Korea University]

Metálico e esticável

Esse filme ultrafino - tão transparente que mal dá para vê-lo na foto - pode até parecer com os filmes plásticos tão comuns em nosso dia a dia.

De fato, ele possui várias semelhanças com os filmes poliméricos, como poder ser esticado como uma borracha, ou dobrado e enrolado sem perder suas características estruturais.

Contudo, ele possui uma diferença substancial: é um filme metálico, feito por nanofios de prata fundidos por meio de um processo produtivo surpreendentemente simples e barato.

Sendo metálico, esse filme condutor de eletricidade promete fazer a diferença na fabricação de células solares flexíveis, redes multissensoriais, mais conhecidas como peles eletrônicas, tecidos inteligentes e aparelhos de vestir e até telas que possam ser enroladas.

Fabricação supersônica

O filme metálico foi fabricado aspergindo nanofios de prata dispersos em água através de um bocal muito fino, de onde as partículas saem em velocidade supersônica.

"O nanofio de prata é uma partícula, mas muito longa e fina. Os nanofios medem cerca de 20 micrômetros de comprimento, de forma que quatro deles postos enfileirados terão a largura de um fio de cabelo humano. Mas seu diâmetro é mil vezes menor - e significativamente menor do que o comprimento de onda da luz visível," explica o professor Alexander Yarin, da Universidade de Illinois, nos EUA.

Ao sair em velocidade supersônica do bocal - a cerca de 400 metros por segundo - a solução é atomizada, de forma que a água evapora durante o voo. Quando os nanofios atingem a superfície sobre a qual estão sendo aplicados, eles se fundem conforme sua energia cinética é convertida em calor. Então, basta puxar o filme da superfície de apoio e ele está pronto para ser usado.

A equipe espera que a alta flexibilidade - ele pode ser esticada até sete vezes seu tamanho original sem se romper - e a facilidade de fabricação tornem a película de metal transparente e ultrafina uma alternativa para a eletrônica flexível, sobretudo para as telas de enrolar, que possam justificar o custo um tanto elevado da prata. A equipe planeja agora testar a fabricação de filmes de metais mais baratos e testar suas características e funcionalidades.

Bibliografia:

Production of Flexible Transparent Conducting Films of Self-Fused Nanowires via One-Step Supersonic Spraying
Jong-Gun Lee, Do-Yeon Kim, Jong-Hyuk Lee, Suman Sinha-Ray, Alexander L. Yarin, Mark T. Swihart, Donghwan Kim, Sam S. Yoon
Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.201602548

Dispositivos com autoconserto voltam a funcionar em uma fração de segundo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/11/2016

O corte é remendado de forma praticamente instantânea - em 0,05 segundo. [Imagem: Jacobs School of Engineering/UC San Diego]

Tinta magnética

Engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego, nos EUA, desenvolveram uma tinta magnética que permite fabricar - por deposição ou impressão 3D - uma série de dispositivos que se autoconsertam se forem danificados, quebrados ou cortados.

Isso inclui baterias autorreparadoras, sensores eletroquímicos e circuitos de vestir, baseados em tecidos eletrônicos.

O ingrediente chave para a tinta são micropartículas orientadas em uma configuração precisa por um campo magnético externo aplicado no momento da fabricação. Devido à forma como elas são orientadas, as micropartículas em ambos os lados de um corte ou quebra são magneticamente atraídas umas para as outras, fazendo com que um componente impresso com a tinta cure a si mesmo.

O sistema se mostrou capaz de reparar totalmente rasgos de até 3 milímetros - um recorde na área do "autoconserto".

Conserto rápido

A maioria dos materiais de autocura desenvolvidos até agora exige um gatilho externo para iniciar o processo de cicatrização, e também levam algo entre alguns minutos a vários dias para funcionar.

Em contraste, a tinta magnética não requer nenhum catalisador externo e os danos são reparados em cerca de 50 milissegundos (0,05 segundo) - é só juntar as partes e pronto.

Para demonstração, Amay Bandodkar e seus colegas imprimiram um circuito na manga de uma camiseta e usaram-no para acender um LED. A seguir o circuito foi cortado com uma tesoura, o que obviamente fez o LED apagar. Contudo, bastou colocar as duas partes juntas para que a condutividade fosse restaurada e a luz se acendesse novamente - o tecido da camiseta ainda mostrava o corte, mas o circuito parecia ser recém-construído.

Agora a equipe planeja fabricar diferentes tintas, com ingredientes diferentes, adaptados a uma ampla gama de aplicações.

Bibliografia:

All-printed magnetically self-healing electrochemical devices
Amay J. Bandodkar, Cristian S. López, Allibai Mohanan Vinu Mohan, Lu Yin, Rajan Kumar, Joseph Wang
Science Advances
Vol.: 2, no. 11, e1601465
DOI: 10.1126/sciadv.1601465

Vale a pena comprar uma Smart TV com HDR no Brasil?

Vale a pena comprar uma Smart TV com HDR no Brasil?: Veja uma postagem detalhada sobre o funcionamento da tecnologia nas televisões e monitores, onde você vai avaliar se vale a pena comprar uma smart TV com HDR no momento ou se é preferível aguardar os preços abaixarem.

Nanocarros: Triciclo molecular usa luz como combustível

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/11/2016

Já estão disponíveis dois modelos de nanotriciclo: cada nanoveículo é formado por uma única molécula. [Imagem: Alex Saywell/Leonhard Grill]

Veículos alimentados por luz

Logo depois de serem agraciados com o Prêmio Nobel de Química, os nanocarrosganharam mais um companheiro na garagem: um nanotriciclo.

A equipe do professor James Tour, da Universidade Rice, uma das principais responsáveis por levar adiante a pesquisa que ganhou o Nobel, criou os nanocarros de três rodas e mostrou que eles andam em alta velocidade empurrados por luz.

"É entusiasmante ver que esses nano-roadsters motorizados podem ser impulsionados por seus motores ativados por luz. Esses triciclos são o primeiro exemplo de nanoveículos alimentados por luz sendo observados se movimentando sobre uma superfície - por qualquer técnica, quanto mais por um microscópio de tunelamento," disse o professor Tour.

Carro molecular

O mais comum no reino dos nanocarros tem sido veículos alimentados por combustíveis químicos ou empurrados pela ponta de um microscópio de varredura.

Já os triciclos recebem sua energia de luzes em comprimentos de onda específicos - quanto maior o comprimento de onda, maior a velocidade do triciclo. A tração é feita pela roda traseira, um motor molecular que gira ao receber a "injeção" de fótons - na verdade, o triciclo inteiro é formado por uma única molécula.

Além de poderem se mover livremente sobre a superfície de cobre onde são depositados, o acionamento remoto por luz permitirá a construção de verdadeiras frotas de nanocarros.

"É exatamente isso o que queremos fazer: usar a luz para ativar os motores e ter enxames de nanoveículos se movendo sobre a superfície, guiados por gradientes de campos elétricos. Isto viabilizará nosso projeto futuro de usar nanomáquinas como se fossem formigas, trabalhando cooperativamente para construir coisas," disse Tour.

Bibliografia:

Light-Induced Translation of Motorized Molecules on a Surface
Alex Saywell, Anne Bakker, Johannes Mielke, Takashi Kumagai, Martin Wolf, Víctor García-López, Pinn-Tsong Chiang, James M. Tour, Leonhard Grill
ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.6b05650

Bateria de sucata que você pode fazer em casa

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/11/2016

Em lugar do vaso de terracota da bateria de Bagdá, a equipe usou um pequeno recipiente de vidro para demonstrar o conceito. [Imagem: ACS Energy Letters]

Bateria de Bagdá

Embora não seja tão famosa quanto o Mecanismo de Anticítera, outro artefato intrigante da Antiguidade, a Bateria de Bagdá ainda espera por melhores explicações - afinal, trata-se de algo que tem tudo para ser uma bateria, mas fabricada em uma época em que os historiadores acreditam que não havia conhecimento que permitisse a construção e o uso de uma bateria.

Isso não impediu que uma equipe da Universidade de Vanderbilt se inspirasse na Bateria de Bagdá para construir uma bateria feita inteiramente com materiais reciclados de baixo custo.

"Estamos vendo o início de um movimento na sociedade contemporânea levando a uma 'cultura do faça-você-mesmo', onde o desenvolvimento e a fabricação de produtos em larga escala estão sendo descentralizados e conduzidos por indivíduos ou comunidades. Até agora as baterias têm ficado fora desta cultura, mas acredito que veremos o dia em que os moradores se desligarão da rede [de energia] e produzirão suas próprias baterias. Esta é a escala em que a tecnologia da bateria começou, e acho que vamos voltar lá," disse o professor Cary Pint, referindo-se à bateria "caseira" de Bagdá.

Bateria de sucata

Ainda que não se torne uma opção comunitária, o feito tem mesmo tudo para ser revolucionário.

Afinal, os pesquisadores descobriram como fabricar baterias de alto desempenho usando restos de metais descartados e produtos químicos domésticos comuns.

Eles usaram sucatas de aço e latão - dois dos materiais mais comumente enviados para reciclagem - para criar a primeira bateria de materiais usados do mundo e que ainda é capaz de armazenar energia em níveis comparáveis às baterias chumbo-ácidas que equipam todos os automóveis. Já o processo de carregamento e descarregamento é um pouco diferente, aproximando-se dos fluxos apresentados pelos supercapacitores ultrarrápidos.

Bateria doméstica

O segredo para esse desempenho é a anodização, um tratamento químico comum, usado, por exemplo, para dar ao alumínio um acabamento durável e decorativo. Quando os restos de aço e latão são anodizados, usando compostos químicos domésticos e a corrente elétrica de uma tomada residencial, as superfícies metálicas são reestruturadas, gerando redes nanométricas de óxido metálico que podem armazenar e liberar eletricidade quando reagem com um eletrólito líquido à base de água.

São esses domínios em nanoescala que explicam o comportamento de carregamento rápido da bateria, bem como sua estabilidade excepcional: a equipe testou seu protótipo por 5.000 ciclos de carregamento consecutivos, o equivalente a mais de 13 anos de carga e descarga diária, e constataram que a bateria de sucata manteve mais de 90% de sua capacidade.

Ao contrário das baterias de íons de lítio, que recentemente voltaram a explodir, a bateria de aço-latão usa um eletrólito não-inflamável, composto por hidróxido de potássio (KOH) diluído em água - o KOH é um sal usado em detergentes para lavar roupas e em sabões líquidos.

O próximo passo da equipe é construir um protótipo em maior escala, capaz de abastecer casas inteligentes, projetadas para terem um baixo consumo energético.

Bibliografia:

From the Junkyard to the Power Grid: Ambient Processing of Scrap Metals into Nanostructured Electrodes for Ultrafast Rechargeable Batteries
Nitin Muralidharan, Andrew S. Westover, Haotian Sun, Nicholas Galioto, Rachel E. Carter, Adam P. Cohn, Landon Oakes, Cary L. Pint
ACS Energy Letters
Vol.: 1, pp 1034-1041
DOI: 10.1021/acsenergylett.6b00295