As antenas ópticas mais eficientes do mundo podem colher mais de 100 vezes mais energia do calor residual em comparação com dispositivos anteriores, embora um novo estudo descubra que muito trabalho é necessário antes que eles possam atingir um valor prático.
Rectennas – abreviação de “antenas retificadoras” – captam ondas eletromagnéticas muito semelhantes às antenas de carro. Quando a antena de uma rectenna recebe um sinal, ela gera cargas oscilantes que se movem através dos diodos retificadores conectados. Esses retificadores então convertem essas flutuações em uma corrente elétrica direta.
Em teoria, os rectennas poderiam coletar energia do calor que normalmente seria desperdiçada. “Seria ótimo se isso pudesse ajudar com a mudança climática”, disse a autora do estudo, Amina Belkadi, engenheira elétrica da Universidade do Colorado em Boulder. “Você pode imaginar adicioná-los às células solares para obter ainda mais energia delas.”
No entanto, a eficiência de conversão de rectennas ópticas provou ser muito baixa para torná-los úteis para tais aplicações. O problema é que, para capturar a radiação térmica, as rectennas precisam ser extraordinariamente minúsculas, mas quanto menores, mais sua resistência aumenta, o que pode diminuir sua produção de energia.
Agora Belkadi e seus colegas descobriram uma maneira de aumentar drasticamente a eficiência da retina óptica usando um efeito quântico aproximadamente equivalente a elétrons andando através de paredes. Eles detalharam suas descobertas online em 18 de maio na revista Nature Communications.
Em rectennas convencionais, os elétrons devem passar por um isolador para gerar energia. Esses isoladores adicionam muita resistência, reduzindo a quantidade de eletricidade que esses dispositivos podem produzir.
Usando uma estratégia contra-intuitiva, os pesquisadores adicionaram dois isolantes às suas rectennas, em vez de apenas um. Se a espessura e os materiais corretos forem escolhidos para essa trincheira estreita – um chamado “poço quântico” – os elétrons que a atingem com a quantidade certa de energia podem passar por ela, sem sofrer resistência no processo. Esta é a primeira vez que os cientistas provam que o “tunelamento ressonante” é possível com rectennas ópticas.
Os cientistas testaram uma série de mais de 250.000 rectennas em forma de gravata borboleta feitas de níquel, óxido de níquel, óxido de alumínio, cromo e ouro, cada uma com cerca de 11 nm de comprimento e 6 nm de largura. Eles descobriram que seus dispositivos exibiam eficiências de conversão de 100 a 1000 vezes maiores do que as rectennas ópticas anteriores.
Ainda assim, as eficiências de conversão desses novos rectennas permanecem pequenas – apenas 0,001%. “Ainda temos um longo caminho a percorrer”, diz Belkadi.
Uma forma potencial de aumentar ainda mais a eficiência da retina óptica é fazer experiências com diferentes materiais pelos quais mais elétrons podem passar. “Talvez possamos aumentar a eficiência de conversão outras 1.000 vezes”, diz Belkadi. “Com eficiências de conversão de 1 a 2%, dada a enorme quantidade de energia perdida como calor residual, as pessoas vão começar a colocar essas rectennas nas paredes.”
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