{"id":6384,"date":"2018-01-30T12:54:12","date_gmt":"2018-01-30T15:54:12","guid":{"rendered":"http:\/\/sbpmat.org.br\/?p=6384"},"modified":"2018-02-07T14:46:57","modified_gmt":"2018-02-07T17:46:57","slug":"artigo-em-destaque-borracha-sob-pressao-para-refrigeracao-de-estado-solido","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-borracha-sob-pressao-para-refrigeracao-de-estado-solido\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Borracha sob press\u00e3o para refrigera\u00e7\u00e3o de estado s\u00f3lido."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico com participa\u00e7\u00e3o de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Giant Barocaloric Effects in Natural Rubber: A Relevant Step toward Solid-State Cooling.<\/em> N. M. Bom, W. Imamura, E. O. Usuda, L. S. Paixa\u0303o, and A. M. G. Carvalho. ACS Macro Lett. 2018, 7, 31-36. dx.doi.org\/10.1021\/acsmacrolett.7b00744<\/a><\/p>\n

Borracha sob press\u00e3o para refrigera\u00e7\u00e3o de estado s\u00f3lido<\/strong><\/p>\n

Uma equipe de pesquisadores do Brasil descobriu que a borracha natural vulcanizada \u00e9 campe\u00e3 com rela\u00e7\u00e3o a qualquer outro material j\u00e1 estudado na sua capacidade de mudar de temperatura ao ser comprimida e descomprimida \u2013 um fen\u00f4meno conhecido como \u201cefeito barocal\u00f3rico\u201d.<\/p>\n

A descoberta abre interessantes possibilidades de uso da borracha natural vulcanizada em aplica\u00e7\u00f5es avan\u00e7adas, principalmente na \u00e1rea da \u201crefrigera\u00e7\u00e3o de estado s\u00f3lido\u201d. Essa express\u00e3o se refere a sistemas de refrigera\u00e7\u00e3o (como a geladeira ou o ar condicionado) que se baseiam no uso de materiais refrigerantes em estado s\u00f3lido para absorver o calor do sistema que se deseja esfriar e transferi-lo para um ambiente externo, em vez dos flu\u00eddos (estados gasoso e l\u00edquido) que s\u00e3o usados nos dispositivos convencionais. A pesquisa foi reportada em um artigo recentemente publicado no ACS Macro Letters<\/em>, peri\u00f3dico da editora da American Chemical Society<\/em> da \u00e1rea de Ci\u00eancia de Pol\u00edmeros e afins, cujo fator de impacto \u00e9 de 6,185.<\/p>\n

\u201cConsiderando que a borracha natural esquenta bastante quando pressionada (mais de 20 graus acima da temperatura inicial) e esfria quando a press\u00e3o \u00e9 aliviada (pelo menos 20 graus abaixo da temperatura inicial), podemos pensar em utiliz\u00e1-la como um material refrigerante em um refrigerador\u201d, diz Alexandre Magnus Gomes Carvalho<\/a>, pesquisador do Laborat\u00f3rio Nacional de Luz S\u00edncrotron (LNLS), do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) e autor correspondente do artigo.<\/p>\n

\"Representa\u00e7\u00e3o<\/a>
Representa\u00e7\u00e3o esquem\u00e1tica do ciclo barocal\u00f3rico, baseado em processos de compress\u00e3o confinada e descompress\u00e3o.<\/figcaption><\/figure>\n

A representa\u00e7\u00e3o do ciclo barocal\u00f3rico de um material s\u00f3lido exibida ao lado d\u00e1 uma ideia de como a borracha natural vulcanizada pode esfriar um sistema, retirando calor dele e liberando-o ao ambiente externo.No processo 1 do ciclo, comprime-se de forma r\u00e1pida a borracha (representada pelos ret\u00e2ngulos amarelos) e, em consequ\u00eancia, sua temperatura aumenta abruptamente (Tquente). No processo 2, a press\u00e3o sobre a borracha \u00e9 mantida constante, mas sua temperatura se reduz ao liberar calor para o ambiente externo buscando o equil\u00edbrio t\u00e9rmico. Vale lembrar que, na natureza, dois corpos ou sistemas com temperaturas diferentes tendem a buscar o equil\u00edbrio t\u00e9rmico \u2013 estado em que as temperaturas de ambos se igualam. Esse equil\u00edbrio \u00e9 alcan\u00e7ado mediante a transfer\u00eancia de calor do sistema ou corpo mais quente para o mais frio. No processo 3 do ciclo, quando a borracha atinge sua temperatura inicial (Ti), alivia-se rapidamente a press\u00e3o, fazendo a temperatura da borracha diminuir abruptamente (Tfria). No processo 4, o ambiente externo transfere calor \u00e0 borracha, novamente em busca do equil\u00edbrio t\u00e9rmico. Quando a borracha atinge a temperatura inicial, o ciclo recome\u00e7a a partir de um novo processo de compress\u00e3o.<\/p>\n

Para investigar o efeito barocal\u00f3rico da borracha, Carvalho e os demais autores do artigo utilizaram amostras de borracha natural vulcanizada de cerca de 1 cm de di\u00e2metro. Com elas, realizaram um estudo sistem\u00e1tico no qual foram variando a press\u00e3o exercida nas amostras e a temperatura inicial das mesmas, e medindo as varia\u00e7\u00f5es de temperatura e entropia (ambas diretamente relacionadas \u00e0 varia\u00e7\u00e3o de calor de um sistema). Os experimentos foram realizados no Laborat\u00f3rio de Materiais i-Cal\u00f3ricos (LMiC), um dos laborat\u00f3rios tem\u00e1ticos do LNLS, no CNPEM, cujo coordenador \u00e9 Alexandre Carvalho.<\/p>\n

Depois de obterem as medidas experimentais das propriedades barocal\u00f3ricas da borracha natural vulcanizada, os pesquisadores as compararam com resultados de outros materiais com efeito barocal\u00f3rico gigante ou grande, encontrados na literatura cient\u00edfica. Nessa compara\u00e7\u00e3o, a borracha natural vulcanizada superou todos seus \u201cconcorrentes\u201d.<\/p>\n

\"Primeiro<\/a>
Primeiro plano: c\u00e9lula de press\u00e3o e amostra de borracha natural vulcanizada submetida a diversos ciclos de compress\u00e3o e descompress\u00e3o. Fundo: gr\u00e1fico mostrando medidas de temperatura em fun\u00e7\u00e3o do tempo para diferentes varia\u00e7\u00f5es de press\u00e3o.<\/figcaption><\/figure>\n

O efeito barocal\u00f3rico da borracha natural vulcanizada tamb\u00e9m apresentou vantagens com rela\u00e7\u00e3o a efeitos cal\u00f3ricos gerados a partir da aplica\u00e7\u00e3o de um campo magn\u00e9tico ou el\u00e9trico, por exemplo \u2013 efeitos que tamb\u00e9m s\u00e3o estudados com vistas a aplica\u00e7\u00f5es em refrigera\u00e7\u00e3o s\u00f3lida. De fato, enquanto press\u00f5es relativamente baixas geraram um efeito cal\u00f3rico gigante na borracha, para gerar efeitos magnetocal\u00f3ricos e eletrocal\u00f3ricos significativos s\u00e3o necess\u00e1rios campos bem altos e materiais muit\u00edssimo mais caros que a borracha natural, explica Carvalho.<\/p>\n

Al\u00e9m de reportar pela primeira vez na literatura cient\u00edfica o efeito barocal\u00f3rico gigante da borracha natural vulcanizada, o artigo da ACS Macro Letters<\/em> traz mais uma contribui\u00e7\u00e3o cient\u00edfica importante. \u201cA segunda grande contribui\u00e7\u00e3o \u00e9 o fato de ter sido mostrada, pela primeira vez, a influ\u00eancia da transi\u00e7\u00e3o v\u00edtrea de um pol\u00edmero no efeito barocal\u00f3rico\u201d, afirma Carvalho. A transi\u00e7\u00e3o v\u00edtrea \u00e9 uma mudan\u00e7a revers\u00edvel que ocorre na borracha e outros materiais em determinada temperatura. Acima da temperatura de transi\u00e7\u00e3o, as cadeias polim\u00e9ricas da borracha adquirem mais mobilidade, tornando o material \u201cborrachoso\u201d (mais flex\u00edvel e menos duro). Abaixo dessa temperatura, a mobilidade das cadeias diminui e se torna \u201cv\u00edtreo\u201d (r\u00edgido e relativamente quebradi\u00e7o). No artigo da ACS Macro Letters<\/em>, os autores propuseram que as varia\u00e7\u00f5es da temperatura e entropia que derivam da compress\u00e3o e descompress\u00e3o da borracha natural est\u00e3o relacionadas ao calor gerado pela mobilidade das cadeias polim\u00e9ricas. A compress\u00e3o da borracha levaria a uma diminui\u00e7\u00e3o de mobilidade, que explicaria a exist\u00eancia de varia\u00e7\u00f5es de temperatura muito menores no estado v\u00edtreo do que no borrachoso.<\/p>\n

Quanto \u00e0 aplica\u00e7\u00e3o da descoberta, o mecanismo de esfriamento baseado no efeito barocal\u00f3rico de materiais em estado s\u00f3lido pode parecer simples, mas transferi-lo a um dispositivo real n\u00e3o \u00e9 trivial. \u201cO efeito barocal\u00f3rico em diferentes materiais tem sido estudado h\u00e1 v\u00e1rios anos, mas ainda n\u00e3o h\u00e1 um prot\u00f3tipo de refrigerador barocal\u00f3rico patenteado ou descrito em um artigo, pelo que sabemos\u201d, diz Carvalho. \u201cApesar das dificuldades, pensamos em desenvolver um prot\u00f3tipo em conjunto com pesquisadores do Departamento de Engenharia Mec\u00e2nica da Universidade Estadual de Maring\u00e1 (UEM)\u201d, anuncia.<\/p>\n

Hist\u00f3ria do trabalho<\/strong><\/p>\n

A ideia do trabalho reportado na ACS Macro Letters<\/em> se originou em meados de 2016 no CNPEM, quando o pesquisador Alexandre Carvalho, o p\u00f3s-doc Nicolau Bom<\/a>\u00a0e o estudante \u00c9rik Oda Usuda<\/a> se depararam com um artigo sobre o efeito elastocal\u00f3rico da borracha natural (a varia\u00e7\u00e3o de temperatura induzida pelo esticamento do material) publicado na Applied Physics Letters<\/em>. O trio cient\u00edfico se perguntou ent\u00e3o se um efeito equivalente aconteceria se a borracha fosse comprimida em vez de esticada. \u201cMais especificamente, quer\u00edamos saber o que ocorreria em uma compress\u00e3o confinada\u201d, detalha Carvalho. Eles realizaram os primeiros testes com equipamentos simples: uma c\u00e9lula de press\u00e3o desenvolvida por eles mesmos e uma prensa hidr\u00e1ulica manual para aplicar diferentes cargas. Para preparar a amostra, a equipe utilizou uma borracha escolar velha transformada em tarugo para ser encaixada na c\u00e9lula de press\u00e3o. \u201cOs resultados foram animadores, pois observamos que a borracha aquecia e resfriava cerca de 10 graus a partir da temperatura ambiente em uma varia\u00e7\u00e3o de press\u00e3o relativamente baixa\u201d, conta Carvalho. No in\u00edcio de 2017, o doutorando William Imamura<\/a>\u00a0e o p\u00f3s-doc Lucas Soares de Oliveira Paix\u00e3o<\/a> se juntaram ao grupo e tamb\u00e9m se dedicaram a estudar o efeito barocal\u00f3rico da borracha natural vulcanizada e de outros pol\u00edmeros. \u201cMelhoramos nosso aparato experimental e nossa metodologia, culminando nos resultados publicados na ACS Macro Letters<\/em>, que far\u00e3o parte da disserta\u00e7\u00e3o de mestrado de \u00c9rik Usuda\u201d, diz Carvalho, que al\u00e9m de coordenar o LMiC, \u00e9 coordenador da linha de luz XRD1<\/a>\u00a0do LNLS. Nessa linha, que ser\u00e1 transferida ao Sirius (a fonte de luz s\u00edncrotron de \u00faltima gera\u00e7\u00e3o em constru\u00e7\u00e3o no CNPEM), poder\u00e3o ser realizados estudos de propriedades termomec\u00e2nicas de pol\u00edmeros concomitantemente a an\u00e1lises com radia\u00e7\u00e3o s\u00edncrotron, anuncia Carvalho.<\/p>\n

A pesquisa foi realizada com financiamento da Fapesp, CNPq, Capes, LNLS e CNPEM.<\/p>\n

\"Os<\/a>
Os autores do artigo na linha XRD1 do LNLS. A partir da esquerda, Lucas Soares de Oliveira Paix\u00e3o (p\u00f3s-doc no LNLS), Alexandre Magnus Gomes Carvalho (pesquisador do LNLS e coordenador da linha), William Imamura (doutorando na Unicamp e LNLS), \u00c9rik Oda Usuda (mestrando na Unifesp e LNLS) e Nicolau Molina Bom (p\u00f3s-doc no LNLS).<\/figcaption><\/figure>\n

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O artigo cient\u00edfico com participa\u00e7\u00e3o de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Giant Barocaloric Effects in Natural Rubber: A Relevant Step toward Solid-State Cooling. N. M. Bom, W. Imamura, E. O. Usuda, L. S. Paixa\u0303o, and A. M. G. Carvalho. ACS Macro Lett. 2018, 7, 31-36. dx.doi.org\/10.1021\/acsmacrolett.7b00744 Borracha […]<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[603,1431,1430,1426,1427,53,1429,1428,1432],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6384"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/users\/4"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=6384"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6384\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":6438,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6384\/revisions\/6438"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=6384"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=6384"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=6384"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}