Uma equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah (KAUST), na Arábia Saudita desenvolveu um dispositivo que usará a radiação infravermelha, além do calor residual dos processos industriais, para geração de energia. O dispositivo fará isso através da transição de sinais de onda em eletricidade útil.

Os cientistas apontam que o calor infravermelho pode ser colhido 24 horas por dia. Um método para conseguir isso é tratar o desperdício ou o calor infravermelho como ondas eletromagnéticas de alta freqüência. Usando antenas projetadas da maneira correta, as ondas coletadas são enviadas para um retificador, muitas vezes um diodo semicondutor, que irá converter sinais alternados em uma corrente elétrica.

O fato de colocar esses projetos de retina em prática até agora foi difícil porque as emissões de infravermelho têm comprimentos de onda muito pequenos, disseram a equipe de pesquisadores da KAUST.

As emissões infravermelhas também exigem antenas micro ou nanoescala que são difíceis de fabricar e testar. Além disso, as ondas infravermelhas oscilam significativamente mais rapidamente do que um semicondutor típico que pode mover elétrons através de sua junção.

“Não há nenhum diodo comercial no mundo que possa operar em alta frequência”, disse o líder do projeto, Atif Shamim , ao ScienceDirec. “É por isso que nos voltamos para o tunelamento quântico”.

Alternativa para geração de energia verde

A colheita de energia a partir de uma fonte renovável é uma alternativa promissora para geração de energia sustentável e limpa, ressaltaram os pesquisadores no documento.

A tecnologia fotovoltaica convencional colhe energia apenas a partir do alcance visível do espectro, deixando a faixa infravermelha completamente inexplorada. Cerca de 80 por cento da radiação solar são absorvidos pela atmosfera e pela superfície terrestre. Essas ondas são então re-emitidas como radiação do infravermelho médio, disse o jornal .

As outras fontes de emissões de IR são o aquecimento de metais, aquecimento de fluidos, geração de vapor, tratamento térmico e aglomeração. A temperatura para esses processos flui entre 250 K e 1500 K e os comprimentos de onda correspondentes variam no infravermelho médio.

Pode lidar com sinais de alta freqüência

Os dispositivos de tunelamento, como os diodos metal-isolador-metal (MIM), modificam as ondas infravermelhas para a corrente, movendo elétrons através de uma pequena parede, de acordo com o documento. Os diodos MIM podem lidar com sinais de alta freqüência na ordem das femtosegundos – Fentossegundo é uma unidade de medida de tempo. Corresponde a 10⁻¹⁵ segundos, ou seja, um quadrilionésimo de segundo. O fentossegundo está para um segundo como um segundo está para 32 milhões de anos – devido a essa barreira de apenas um nanômetro de espessura.

A equipe usou uma nano-antena em forma de bifurcação segurando a película isoladora entre dois braços metálicos que se superavam, para poder gerar os campos necessários para o tunelamento. “A parte mais desafiadora foi a sobreposição de nanoescala dos dois braços da antena, o que exigiu um alinhamento muito preciso”, disse o pesquisador pós-doutorado, Gaurav Jayaswal.

“No entanto, ao combinar truques inteligentes com as ferramentas avançadas na instalação de nano fabricação da KAUST, realizamos esse passo”. Completa o pesquisador.

O novo diodo MIM pode capturar as ondas infravermelhas com tensão zero aplicada, escolhendo metais com diferentes funções de trabalho, uma função passiva que liga o dispositivo quando necessário, de acordo com os pesquisadores.

O software conseguiu colher energia exclusivamente a partir da radiação e não de efeitos térmicos, experiências com exposição infravermelha foram capazes de demonstrar.

Os pesquisadores observaram que este é apenas o “começo – uma prova de conceito” e poderia haver milhões de tais dispositivos conectados para impulsionar a geração geral de eletricidade.

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