Tinta aquece água a 68ºC com energia solar

Por Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/11/2015

A tinta está em processo de patenteamento, e a equipe estima que ela poderá ser comercializada ao equivalente a US$40 por litro.[Imagem: Invdes/Divulgação]

Tinta para aquecimento

Enquanto você ainda não consegue comprar um aquecedor instantâneo de água na loja mais próxima, talvez possa ir se virando com uma tinta que funciona como um aquecedor solar.

A tinta eleva a temperatura da água a até 68º C, e custa 40% menos do que as tintas convencionais.

A equipe demonstrou o desempenho da tinta trabalhando com um cano que, exposto ao Sol, alcançava uma temperatura de 40º C. "Se nós adicionarmos a tinta 'supercondutora' a temperatura aumenta 70% e alcança 68º C," confirma Sandra Casillas Bolaños, do Instituto Tecnológico da Lagoa (ITL), no México.

Ela explica que a tinta funciona como uma caldeira graças a nanopartículas ativadas pela energia solar, gerando o aumento da temperatura.

Armadilha de calor

O material básico da tinta é formado por três camadas.

A primeira é uma nanopartícula magnética de titânio, responsável por aprisionar o calor. A segunda camada consiste de um revestimento de tungstênio, que os pesquisadores transformaram em um nanossal com álcool polivinílico. Finalmente, a camada mais externa é feita com cobre.

Um tratamento especial escurece o cobre, formando uma armadilha para reter o calor dentro das partículas. "Assim, o centro é aquecido mais intensamente: primeiro o titânio, em seguida, o tungstênio e, finalmente, o cobre," explica Bolaños.

Sistema de aquecimento doméstico

A tinta foi aplicada na superfície de canos convencionais usados em sistemas de aquecimento de água domésticos e foi testada para aquecer a piscina de um ginásio esportivo, onde dois milhões de metros cúbicos de água foram aquecidos de 26 para 37º C.

A tinta está em processo de patenteamento, e a equipe estima que ela poderá ser comercializada ao equivalente a US$40 por litro, sendo necessário apenas um quarto de litro para recobrir os canos em um sistema de aquecimento doméstico, segundo Bolaños.

Japoneses desenvolvem vidro ultraduro

Por Invovação Tecnológica

Com informações da BBC -  04/11/2015

O vidro ultraduro é feito com uma mistura de óxidos de alumínio e tântalo. [Imagem: Gustavo A. Rosales-Sosa et al. - 10.1038/srep15233]

Vidros óxidos

Pesquisadores japoneses desenvolveram um novo tipo de vidro ultra-rígido usando alumina, ou óxido de alumínio.

O novo material é fino, mas atinge uma resistência muito elevada.

Se chegar a ser comercializado, o material poderia significar uma maior durabilidade dos vidros usados nas janelas de edifícios, carros e em telas de celulares.

O novo vidro pertence a uma categoria conhecida como "vidros óxidos", que consistem geralmente de dióxido de silício, mas com sua resistência ampliada pela adição de alumina (AL₂O₃).

Contudo, tentativas de aumentar a quantidade de alumina para ganhar mais resistência não vinham apresentando sucesso porque a mistura se cristaliza no contato com o recipiente onde o vidro está sendo preparado, impedindo a formação de um vidro útil.

Levitação aerodinâmica

Gustavo Rosales-Sosa e seus colegas da Universidade de Tóquio usaram uma técnica chamada "levitação aerodinâmica", na qual oxigênio é usado para sustentar os ingredientes da mistura no ar e, em seguida, lasers são usados para fundi-los e permitir a criação do vidro.

Além disso, eles substituíram o mais tradicional silício pelo tântalo.

Sem contato com recipientes, forma-se um vidro incolor, transparente e extremamente duro. Uma propriedade chamada módulo de Young, um indicador de rigidez de um material, é maior do que a de alguns metais (158,3 GPa), aproximando-se dos valores do aço.

Outra medida de dureza, chamada módulo de Vickers, chega a 9,1 GPa, comparável com os maiores valores já obtidos para vidros óxidos, mas que não apresentavam a qualidade do novo vidro.

"Vamos desenvolver uma maneira de produzir o novo material em massa em breve," disse Atsunobu Masuno, membro da equipe, ao jornal Asahi Shinbun. "Estamos prevendo comercializar a técnica dentro de cinco anos."

Bibliografia:

High Elastic Moduli of a 54Al2O3-46Ta2O5 Glass Fabricated via Containerless Processing
Gustavo A. Rosales-Sosa, Atsunobu Masuno, Yuji Higo, Hiroyuki Inoue, Yutaka Yanaba, Teruyasu Mizoguchi, Takumi Umada, Kohei Okamura, Katsuyoshi Kato, Yasuhiro Watanabe
Nature Communications
Vol.: 5, Article number: 15233
DOI: 10.1038/srep15233

Como matemático inventou há mais de 150 anos a fórmula das buscas no Google

Por BBC Brasil

Image copyrightBBC World Service

Image captionA principal obra de George Boole (1815-1864) foi "Uma Investigação das Leis do Pensamento" (1854)

Cada vez que você faz uma busca simples no Google ou em qualquer outro buscador informático, entre os mecanismos de programação que permitem encontrar o que procura há princípios de lógica que foram concebidos há mais de 150 anos.

Foi o matemático britânico George Boole (1815-1864) que inventou um sistema de álgebra que é chave para a programação de hoje.

Boole foi homenageado nesta segunda-feira, no 200º aniversário de seu nascimento, com um Google Doodle, uma versão modificada do logotipo na página da empresa.

O logotipo animado ilustra as chamadas portas lógicas, que são usadas em computação e derivam de funções booleanas.

A álgebra de Boole, ou álgebra booleana, é uma estrutura algébrica que esquematiza as operações lógicas, e está presente em todas as partes: desde a programação por trás dos videogames até o código dos aplicativos e programas de computador que usamos.

Pode-se dizer que os tijolos que formam a programação, que são os comandos ou instruções dadas a um sistema informático, são todos baseados na lógica de Boole.

"Se você é um programador não há como escapar do operador booleano", afirma Michael Dunn, da Gospelweare, uma desenvolvedora de aplicativos para iOS e Android.

E, OU e NÃO

Image copyrightTHINKSTOCK

Image captionAs peças fundamentais da programação, que são os comandos e instruções dadas a um sistema informático, são baseadas na lógica de Boole

Durante os últimos 17 anos de sua vida, George Boole estabeleceu o conceito de lógica algébrica em matemática e simplificou o mundo em enunciados básicos que tinham "sim" ou "não" como resposta, usando a aritmética básica nessa tarefa.

"As interpretações respectivas dos símbolos 0 e 1 no sistema de lógica são Nada e Universo", disse o matemático.

Esse conceito, que ele introduziu em 1847 e expandiu sete anos mais tarde, é o que está presente nos programas atuais de informática.

"Há um enunciado booleano quase a cada duas linhas de um programa informático, é uma parte totalmente integral da programação", afirma Dunn.

Boole usou o conceito de portas lógicas, ou perguntas, que exploram um enunciado.

As portas lógicas mais básicas são, na linguagem original de Boole, E ("AND", no original em inglês), OU ("OR") e NÃO ("NOT").

Em seguida, essas três portas podem se combinar para criar enunciados mais complexos.

Na rua, na chuva, na fazenda: conheça a turbina eólica que vai aonde você for

Por Galileu

Aparelho que produz energia eólica e não pesa sequer 1 kg já está causando um rebuliço na internet

ENERGIA LIMPA, RENOVÁVEL E PORTÁTIL: O TRINITY TRAZ BONS VENTOS PARA QUEM SABE QUE O PLANETA ESTÁ SE ESGOTANDO (FOTO: DIVULGAÇÃO)

Enquanto autoridades governamentais do mundo todo conduzem o debate sobre a renovação da matriz energética a passos de tartaruga, a população fica de mãos atadas, esperando o resultado de infinitos encontros, seminários, acordos etc. Nesse meio-tempo, podemos nos conformar com a lentidão da burocracia global ou ir fazendo a nossa parte. Para os que optam pela segunda opção, uma senhora novidade está a caminho.

O Trinity é uma turbina eólica portátil. A princípio são quatro modelos: 50W, 400W, 1.000W e 2.500W – o menos potente pesa 650 g, o mais chega a 19 kg.  O foco do dispositivo é a recarga de baterias de smarthpone, mas é bom que se diga que o modelo maior pode carregar um carro elétrico e até fornecer energia para sua casa. O aparelho precisa de ventos de no mínimo 6,5 km/h para começar a funcionar e o controle da turbina é feito através de um aplicativo no smartphone. Qualquer aparelho com entrada USB pode ser carregado pelo Trinity e a partir do modelo de 400W os eletrônicos podem ser carregados diretamente, da mesma maneira como fazemos com uma tomada.

O nome, que em português significa “trindade”, vem da estrutura do aparelho, composta por três pés e três pás giratórias. Toda a estrutura externa é feita de “material plástico durável”, segundo a Janulus, empresa dos EUA, responsável pelo desenvolvimento de diversos projetos de sustentabilidade e inovação, incluindo o Trinity. Apesar da companhia ser sediada em Minnesota, ela é formada por islandeses, país que historicamente investe muito em energias limpas.A expectativa é que o Trinity comece a ser comercializado ainda no primeiro semestre de 2016 a partir de 399 dólares. A meta do site de financiamento coletivo Kickstarter foi batida em menos de dois dias: a quantia solicitada era de 50 mil dólares e já foram arrecadados mais de 67 mil – também pudera, os criadores lembraram até de garantir que o dispositivo fosse à prova d´água.

Via Gizmag

Bateria de ar-lítio em automóveis poderá rivalizar com gasolina

Por Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/10/2015

Esquema mostra a formação de hidróxido de lítio no eletrodo de grafeno na presença de iodeto de lítio. No carregamento, o iodeto é oxidado em iodo, que ajuda a remover o hidróxido de lítio e reformar o eletrodo. [Imagem: Tao Liu/Gabriella Bocchetti/Clare P. Grey]

Baterias de última geração

Um novo protótipo funcional de uma bateria de lítio-oxigênio - ou lítio-ar - renovou as esperanças de um avanço no campo das baterias, mostrando como resolver vários dos problemas que têm limitado o desenvolvimento desses dispositivos promissores.

A bateria tem uma densidade de energia muito alta, tem 90% de eficiência e pode ser usada e recarregada mais de 2.000 vezes.

As baterias de lítio-oxigênio, ou lítio-ar, têm sido apontadas como as baterias "definitivas" devido à sua elevada densidade teórica de energia, que é pelo menos 10 vezes maior do que uma bateria de íons de lítio. Essa alta densidade de energia seria comparável à da gasolina, viabilizando carros elétricos de grande autonomia com baterias custando apenas 20% e igualmente pesando apenas 20% em relação às atuais.

Contudo, há vários desafios práticos que precisam ser vencidos antes que as baterias de lítio-ar tornem-se uma alternativa viável à gasolina e ao etanol, assim como acontece com outras tecnologias buscando "baterias de última geração" - como as baterias de lítio-silício, as microbateria, as baterias líquidas, as baterias de lítio-enxofre e até as baterias com vírus.

Química da bateria

Agora, pesquisadores da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, demonstraram como alguns desses obstáculos podem ser superados. Eles criaram um protótipo de uma bateria de ar-lítio que superou de longe todas as tentativas anteriores.

Tao Liu e Clare Grey usaram um eletrodo de carbono altamente poroso - formado, no limite, por folhas de grafeno - e aditivos que alteram as reações químicas que fazem a bateria funcionar, o que a tornou mais estável e mais eficiente.

Em protótipos anteriores, a formação de peróxido de lítio durante o descarregamento - o período em que a energia da bateria é usada - junta-se com uma série de outras reações indesejáveis que atacam o eletrólito e reduzem a eficiência global da bateria. Além disso, as partículas de descarga acabam entupindo os pequenos poros do eletrodo receptor.

Níveis progressivos de aumento mostrando a macroporosidade do eletrodo de óxido de grafeno. [Imagem: Tao Liu et al. - 10.1126/science.aac7730]

Para contornar estes problemas, Liu projetou sua bateria para produzir hidróxido de lítio (LiOH) em vez de peróxido de lítio (Li2O2). Um passo essencial foi a adição de iodeto de lítio como mediador, o que reduziu a resistência e reações químicas indesejáveis que chegavam a inutilizar a bateria, tornando-a muito mais estável após vários ciclos de carga e descarga.

Um outro avanço importante foi o uso de óxido de grafeno reduzido como eletrodo de recepção. Os poros maiores desse material permitiram uma maior captura dos cristais de descarga.

Bateria de ar-lítio prática

Estas melhorias, gerando alta eficiência e alta ciclagem, prometem acelerar o desenvolvimento de uma bateria de lítio-ar comercialmente viável.

No entanto, embora os resultados sejam promissores, os pesquisadores reconhecem que uma bateria de lítio-ar prática não deverá se tornar realidade antes de uma década de novos desenvolvimentos.

"O que conseguimos é um avanço significativo para esta tecnologia e indica áreas inteiramente novas de investigação - não resolvemos todos os problemas inerentes a esta química, mas nossos resultados mostram rotas rumo a um dispositivo prático," disse a professora Clare Grey, cuja equipe se destacou ao descobrir o mecanismo que faz as baterias de lítio eventualmente explodir.

Bibliografia:

Cycling Li-O2 batteries via LiOH formation and decomposition
Tao Liu, Michal Leskes, Wanjing Yu, Amy J. Moore, Lina Zhou, Paul M. Bayley, Gunwoo Kim, Clare P. Grey
Science
Vol.: 350, ISSUE 6260, 530-533
DOI: 10.1126/science.aac7730

Os brasileiros que estão ajudando a fazer a Revolução Fotônica

Por Inovação Tecnológica

Com informações da Agência Fapesp -  05/10/2015

Este é primeiro processador de luz multiuso à base de silício, que deverá revolucionar todas as pesquisas rumo aos computadores quânticos.[Imagem: Universidade de Bristol]

Nanofotônica

Computadores, tablets, celulares e aparelhos eletrônicos em geral estão prestes a sofrer uma transformação movida pela luz.

Embora, na aparência, eles não deverão ser muito diferentes, seu funcionamento será mais rápido e consumirá menos energia elétrica graças a um novo conjunto de tecnologias que permite substituir a eletricidade pela luz dentro dos chips.

Novas tecnologias para manipular a luz na escala microscópica já estão permitindo a construção dos primeiros chips nanofotônicos de silício.

Assim como os chips de silício convencionais, os nanofotônicos são feitos de peças eletrônicas microscópicas.

O professor Gustavo Wiederhecker participou da equipe que construiu um nanorrelógio de luz e silício, uma ferramenta essencial no interior dos circuitos fotônicos. [Imagem: Zhang et al.]

A diferença crucial dos chips nanofotônicos em relação aos atuais chips de silício é que, em vez de serem integrados por circuitos de fios metálicos, responsáveis por transmitir os sinais elétricos, os componentes do novo chip se comunicam por meio de sinais de luz - mais especificamente, de luz laser. A vantagem dos sinais luminosos sobre os elétricos é transportar mais informação mais rapidamente. Nos chips nanofotônicos, a troca de informações deve ocorrer quase sem a conversão de energia elétrica em calor.

Chips com elementos nanofotônicos já fazem parte dos programas de pesquisa de multinacionais da área de eletrônica e existem vários na fase de protótipos. Quando estiverem prontos para serem comercializados, deverão beneficiar, no início, supercomputadores dos principais centros de dados do mundo.

"Há ainda problemas de física básica e de engenharia para resolver," explica o professor Gustavo Wiederhecker, físico da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) que estuda a interação da luz com materiais nanométricos. "Mas, em algum momento, o custo de produção vai baixar e a nanofotônica poderá entrar no cotidiano das pessoas."

O professor Paulo Nussenzveig participou do trabalho que mostrou a possibilidade de criar um "campo magnético" para a luz. [Imagem: Lawrence D. Tzuang et al. - 10.1038/nphoton.2014.177]

Laser no chip

"Os avanços recentes da nanofotônica são impressionantes, mas nada disso é tão revolucionário quanto o laser," explica Paulo Nussenzveig, físico da Universidade de São Paulo (USP) e especialista em óptica quântica.

Tentando explorar fenômenos quânticos da luz em chips nanofotônicos, Nussenzveig colabora desde 2012 com a equipe da professora Michal Lipson, da Universidade Colúmbia, Estados Unidos, uma das mais produtivas no campo doscircuitos de luz e computadores fotônicos.

No ano passado, o grupo publicou um artigo na revista Nature Photonics demonstrando como um efeito magnético quântico poderia ser usado para guiar a luz por um canal microscópico em um chip de silício. "O laser foi a mudança de paradigma que permitiu o desenvolvimento de todas as tecnologias que o seguiram", diz Nussenzveig.

Três pesquisadores brasileiros participaram da criação de um diodo de luz dentro de um chip de silício. [Imagem: ITA/DCTA]

Fotônica na Medicina

Os pesquisadores estimam que a integração microscópica da eletrônica com o laser permitirá a miniaturização também de equipamentos que usam a luz para exames médicos e análises químicas. Atualmente, a maioria desses aparelhos é utilizada em laboratórios, mas o uso de chips fotônicos combinados a outras tecnologias pode permitir o desenvolvimento de equipamentos mais baratos e portáteis, que possam ser transportados para qualquer lugar.

"Alguns obstáculos ainda impedem que essa tecnologia se torne realidade, mas eles vêm sendo contornados rapidamente," avalia Vilson R. Almeida, pesquisador que estuda aplicações da fotônica em sensoriamento biológico e aeroespacial no Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e no Instituto de Estudos Avançados (IEAv).

Almeida e mais dois brasileiros participaram de uma equipe internacional que desenvolveu um componente capaz de transmitir luz em apenas uma direção - um diodo óptico. O trabalho foi capa da revista Nature Materials, em 2013.

Um desses obstáculos, Almeida explica, é o uso do silício como base dos chips eletrônicos e fotônicos comerciais. Apesar de transmitir bem a luz, o silício não gera nem detecta luz de modo eficiente. "Já se demonstrou que existem soluções como o uso de materiais híbridos, que estão sendo aperfeiçoados e devem se tornar disponíveis comercialmente em até três anos," prevê. Mais recentemente, a descoberta de uma nova propriedade fotônica no silício trouxe mais entusiasmo à área.

O professor Lázaro Padilha ajudou a criar um LED 40 vezes mais eficiente usando pontos quânticos. [Imagem: Wan Ki Bae et al./NatComm]

Células solares e LEDs

Um dos nanomateriais mais promissores a serem integrados aos chips nanofotônicos de silício são os chamados pontos quânticos, especialidade do físico Lázaro Padilha, da Unicamp, que ajudou a criar um LED 40 vezes mais eficiente.

Pontos quânticos são pequenos grãos, com menos de 10 nanômetros de diâmetro, feitos de diversos materiais semicondutores. Ajustando o tamanho e as propriedades do material de que são feitos, os pontos quânticos podem transformar eletricidade em luz e funcionar como potentes lâmpadas de LED microscópicas - monitores de telas planas de altíssima resolução feitos de pontos quânticos foram lançados recentemente pela indústria eletrônica.

Fazendo outros ajustes, os pontos quânticos também podem realizar a operação inversa: transformar luz em eletricidade, funcionando como minúsculos painéis solares. "Costumo dizer aos meus estudantes que a célula solar e o LED são o mesmo animal, mas de ponta-cabeça", diz Padilha. "Daqui a 20 ou 30 anos, o telhado e as janelas das casas, o capô dos carros, tudo será coberto por uma camada de materiais que funcionarão como painéis solares microscópicos de alta eficiência, convertendo a luz do sol em energia elétrica".

Laser de túlio: medicina, meio ambiente e indústria

Por Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/10/2015

O laser de fibra óptica dopada com túlio tem aplicações no campo da medicina, do meio ambiente e da indústria. [Imagem: Alban Kakulya/EPFL]

Laser de dois micrômetros

Quando o assunto é o comprimento de onda da luz, meio micrômetro - ou 500 nanômetros, ou 0,0000005 metro - pode abrir uma nova fronteira de aplicações tecnológicas.

Os lasers usados nas comunicações por fibras ópticas, por exemplo, totalmente miniaturizados e altamente eficientes, têm comprimento de onda de 1,55 micrômetro.

Mas ninguém havia conseguido fazer um laser miniaturizado de 2 micrômetros - um que não dependesse de um equipamento enorme, caro, pesado e desajeitado, como os atuais, impraticáveis para a maioria das aplicações práticas.

Ocorre que basta esta pequena diferença no comprimento de onda - de 1,55 para 2 micrômetros - para que os lasers tenham novas aplicações no campo da medicina, do meio ambiente e da indústria.

Laser de túlio

O desafio foi vencido por Svyatoslav Kharitonov e Camille-Sophie Brès, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, que conseguiram eliminar o isolador, o componente grande e caro usado nas versões atuais, responsável por fazer a luz circular em uma única direção até ser amplificada o suficiente para a emissão laser.

Para isso, a dupla dopou a fibra óptica com o elemento túlio, o que permitiu uma nova forma de conexão. "Nós construímos uma espécie de desvio que redireciona a luz que está indo na direção errada, colocando-a de volta na trilha," explica Kharitonov.

Além de esta técnica ser muito mais simples e mais barata, como a luz interage apenas consigo mesma - e não mais com o isolador - a qualidade do laser produzido é muito superior à das versões atuais.

Lasers medicinais

Já existem vários lasers baseados na transição radiativa do túlio - e também do elemento ólmio - com aplicações médicas, e este avanço deverá ampliar ainda mais esses usos.

Basta esse aumento de 0,450 micrômetro no comprimento de onda para que o laser seja absorvido pelas moléculas de água, que são as maiores constituintes dos tecidos humanos.

Assim, um laser de 2 micrômetros é a solução longamente esperada para cirurgias de alta precisão, onde bisturis a laser serão capazes de fazer incisões em áreas muito pequenas e sem penetrar profundamente nos tecidos.

O equipamento também deverá ser muito útil na coleta de dados meteorológicos e de poluentes a grandes distâncias através do ar, além de ser altamente eficaz no tratamento de vários materiais industriais.

Bibliografia:

Isolator-free unidirectional thulium-doped fiber laser
Svyatoslav Kharitonov and Camille-Sophie Brès
Light: Science and Applications
Vol.: 4, e340
DOI: 10.1038/lsa.2015.113