Um material híbrido único, encontrado em meteoritos com séculos de idade e em Marte, que conduz calor de forma extraordinária, mantém condutividade térmica constante através de temperaturas variáveis — um comportamento inédito em qualquer outra substância conhecida.
O material, uma forma especial de dióxido de silício chamada tridimite, representa um avanço na compreensão de como a estrutura atómica afeta o fluxo de calor.
Ao contrário de cristais típicos, onde a condutividade térmica diminui com o aumento da temperatura, ou vidros, onde aumenta com o calor, esta substância derivada de meteorito mantém propriedades constantes de condução de calor independentemente das mudanças de temperatura.
Recentemente, uma equipa de investigadores liderada por Michele Simoncelli, professor assistente na Columbia Engineering, nos Estados Unidos, conduziu um estudo teórico, com recurso a mecânica quântica e machine learning, para tentar prever a existência deste material.
A sua equipa colaborou com investigadores do Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Lausanne e da Universidade Sapienza de Roma para desenvolver equações que explicam o comportamento térmico de materiais com estruturas entre estados completamente cristalinos e completamente vítreos.
O estudo, cujos resultados foram apresentados num artigo publicado em julho na PNAS, baseou-se numa pesquisa conduzida anteriormente pela equipa de Simoncelli e publicada em 2019 na Nature Physics.
Durante esta pesquisa, a equipa tinha derivado uma equação unificada que permitia descrever a condutividade térmica tanto em cristais como em vidros, bem como materiais intermédios usados em termoelétricos, células solares e revestimentos de barreira térmica.
Para verificar as suas previsões teóricas, investigadores da Universidade Sorbonne em Paris obtiveram permissão especial do Museu Nacional de História Natural para testar uma amostra de tridimite recolhida de um meteorito que caiu em Steinbach, Alemanha, em 1724.
As suas experiências confirmaram as propriedades únicas do material, em temperaturas que variavam de 80 K a 380 K (-193°C a 107°C).
A estrutura atómica da tridimite meteórica situa-se precisamente entre a dos cristais ordenados e vidro desordenado, criando o seu comportamento térmico invulgar. Este fenómeno assemelha-se ao efeito invar na expansão térmica, que valeu o Prémio Nobel da Física em 1920.
A investigação tem implicações significativas para a tecnologia moderna, particularmente na produção de aço. A equipa prevê que materiais similares possam formar-se através de envelhecimento térmico em tijolos refratários usados em fornos de aço.
Como a produção de aço gera aproximadamente 1,3 kg de dióxido de carbono por kg de aço, representando cerca de 7 % das emissões de carbono dos EUA, materiais derivados da tridimite poderiam ajudar a controlar calor intenso de forma mais eficiente, potencialmente reduzindo a pegada de carbono da indústria.
