Descoberto novo tipo de silício

Descoberto novo tipo de silício: O novo silício opera na faixa necessária para a construção de células solares, LEDs e componentes fotônicos.

Banda proibida

O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre - o primeiro é o oxigênio - e está para a tecnologia assim como o carbono está para a biologia.

Assim, não deixa de ser surpreendente que Duck Young Kim e seus colegas da Instituição Carnegie, nos Estados Unidos, tenham conseguido sintetizar uma forma inteiramente nova de silício.

O silício que eles criaram é um chamado alótropo, uma forma física diferente de um mesmo elemento, da mesma maneira que o diamante e o grafite são duas formas alotrópicas do carbono. O novo alótropo do silício, chamado Silício-24 (Si24), possui uma interessante estrutura porosa, similar à das zeólitas, composta por canais com cinco, seis e oito anéis de silício.

O grande diferencial do Si24 é que ele possui um hiato de energia (bandgap) mais direto do que o silício comum. Essa bandgap, ou banda proibida, é a energia necessária para que o semicondutor transicione de isolante a condutor.

O silício normal possui uma banda proibida indireta, o que impede que ele naturalmente absorva ou emita luz. Isto tem feito com que componentes para aplicações futuras - LEDs, células solares e transistores de alto desempenho, além de componentes para processadores fotônicos - estejam sendo desenvolvidos com outros materiais, a maioria mais exóticos e mais caros.

Já existem técnicas para fazer o silício emitir luz, mas usando uma mesclagem com outros materiais.

O novo tipo de silício é estável a temperatura e pressão ambiente, o que abre a possibilidade de sua produção em larga escala. [Imagem: Timothy Strobel]

Materiais energéticos

O Si24 possui uma banda proibida "quase-direta", o que significa que ele opera na faixa necessária para a absorção da luz solar, além de potencialmente poder emitir luz. O novo silício é estável a pressão ambiente até pelo menos 450 graus Celsius.

O próximo passo será testar experimentalmente o novo silício para verificar se suas potencialidades se transformam em dispositivos práticos e eficientes.

A equipe que sintetizou o material, contudo, está mais entusiasmada com seu próprio método de síntese, que poderá ser aplicado para desenvolver outros materiais com propriedades interessantes.

"A síntese de alta pressão representa uma fronteira inteiramente nova em novos materiais energéticos," disse o professor Timothy Strobel. "Nós demonstramos propriedades até então desconhecidas para o silício, mas a nossa metodologia é facilmente extensível a classes de materiais inteiramente diferentes. Estas novas estruturas mantêm-se estáveis a pressão atmosférica, de forma que estratégias de escalonamento para volume maiores são inteiramente possíveis."

Fonte : http://www.inovacaotecnologica.com.br/

Bibliografia:

Synthesis of an open-framework allotrope of silicon
Duck Young Kim, Stevce Stefanoski, Oleksandr O. Kurakevych, Timothy A. Strobel
Nature Materials
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat4140

Construa seu próprio manto da invisibilidade: Reúna seus colegas, peça ajuda a um professor, e construa seu próprio manto da invisibilidade.

Construa seu próprio manto da invisibilidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/09/2014

Finalmente um manto da invisibilidade que você mesmo pode construir. [Imagem: J. Adam Fenster/University of Rochester]

Como construir um manto da invisibilidade

Que tal construir seu próprio "manto da invisibilidade"?

Não é exatamente um manto, mas este é o primeiro experimento de invisibilidade que utiliza apenas materiais comuns - lentes -, o que permite que ele seja reconstruído por qualquer pessoa com um conhecimento básico de óptica - ou com a ajuda de um professor.

Os mantos da invisibilidade desenvolvidos até agora consistem em fazer a luz passar por materiais artificiais, construídos seguindo cálculos matemáticos muito precisos, de forma a forçar a luz a fazer caminhos não usuais, o que permite fazer os objetos desaparecerem.

John Howell e Joseph Choi, da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, surpreenderam toda essa área de pesquisas criando um dispositivo de invisibilidade baseado unicamente em lentes comuns.

A combinação de quatro lentes mantém o objeto por trás delas invisível. Além disso, a invisibilidade se mantém conforme o observador move-se vários graus além do ângulo correspondente à posição ótima de visão - a maioria dos mantos de invisibilidade só funciona de um ângulo muito preciso.

"Este é o primeiro aparelho de nosso conhecimento que consegue gerar uma invisibilidade tridimensional contínua, e que funciona para transmitir luz no espectro visível," disse Choi.

A camuflagem permite que um cirurgião olhe através de suas próprias mãos e veja o corpo do paciente. [Imagem: J. Adam Fenster/University of Rochester]

Camuflagem multidirecional paraxial

A fim de encobrir o objeto e deixar o plano de fundo intocado, os pesquisadores determinaram o tipo de lente e a capacidade de ampliação necessária, bem como a distância precisa separando as quatro lentes.

Segundo eles, o dispositivo é uma "camuflagem multidirecional para-axial" - ou paraxial, a qualidade de algo que fica ao longo de um eixo central - que pode ser escalonada para qualquer dimensão, podendo esconder objetos maiores.

A configuração muito simples da camuflagem produz resultados bem superiores a vários outros dispositivos de invisibilidade, mas ela não é perfeita.

"Este manto da invisibilidade desvia a luz e a envia através do centro do dispositivo, de modo que a região do eixo não pode ser bloqueada ou camuflada," explica Choi.

Isto significa que a região camuflada tem a forma de um pneu. Choi afirma que ele e Howell já têm projetos um pouco mais complicados que resolvem essa deficiência. Além disso, a camuflagem tem problemas nas bordas, mas estes podem ser reduzidos quando são utilizadas lentes suficientemente grandes.

Aplicações práticas

Apesar das deficiências iniciais, os dois pesquisadores garantem que há aplicações potenciais para sua invisibilidade óptica no estado em que ela se encontra.

Entre elas está a possibilidade de usar a camuflagem para efetivamente deixar um cirurgião olhar através de suas mãos para ver a parte do corpo do paciente que está sendo operada.

Os mesmos princípios podem ser aplicados para permitir que motoristas enxerguem os pontos cegos de seus veículos.

Em seu experimento, os pesquisadores usaram lentes acromáticas de 50 mm com distâncias focais f1 = 200 mm e f2 = 75 mm. [Imagem: Joseph S. Choi/John C. Howell]

Peça ajuda ao seu professor

Os dois pesquisadores forneceram uma receita para que pessoas com um conhecimento básico de óptica possam construir seus próprios mantos de invisibilidade óptica.

A receita parece adequada para trabalhos em sala de aula, com o auxílio de um professor para orientar e tirar as dúvidas - o artigo dos pesquisadores, citado abaixo, está disponível apenas em inglês.

1. Pegue dois conjuntos de duas lentes com diferentes comprimentos focais - 4 lentes no total, duas com distância focal f1 e duas com distância focal f2.
2. Separe as duas primeiras lentes por uma distância equivalente à soma das suas distâncias focais - f1 será a primeira lente, f2 será a segunda lente, e elas serão separadas por t1 = f1 + f2.
3. Repita o passo 2 para as outras duas lentes.
4. Separe os dois conjuntos por t2 = 2 x f2 x (f1 + f2)/(f1 - f2) - as duas lentes f2 devem ficar separadas por t2.

Observações adicionais fornecidas pelos pesquisadores:

1. Lentes acromáticas proporcionam melhor qualidade de imagem.
2. Lentes de Fresnel podem ser usadas para reduzir o comprimento total (2t1 + t2).
3. Um menor comprimento total deve reduzir os efeitos de borda e aumentar a gama de ângulos de visão.
4. Para um manto da invisibilidade mais simples, mas não tão perfeito, pode-se tentar a camuflagem de 3 lentes descrita no artigo

Bibliografia:

Paraxial Ray Optics Cloaking
Joseph S. Choi, John C. Howell
Optics Express
http://arxiv.org/abs/1409.4705

fonte de origem : inovacaotecnologica.com.br

Impressora 3D faz peças com gradientes de metais: A técnica permite construir uma peça que tenha transições suaves de um metal para outro, ou de uma liga para outra.

Impressora 3D faz peças com gradientes de metais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/09/2014

As camadas de metal são depositadas na forma de pó sobre uma haste rotativa, fazendo a transição entre os metais de dentro para fora.[Imagem: Douglas C. Hofmann et al. - 10.1038/srep05357]

Impressão 3D de metais

A NASA vem usando impressoras 3D para fazer peças metálicas há vários anos.

Mas, na hora de construir uma espaçonave, frequentemente é necessário fabricar peças com especificações tão rigorosas que isso só pode ser obtido mesclando as propriedades de vários metais diferentes.

Não se trata de fazer uma liga metálica, mas de construir uma peça que tenha transições suaves de um metal para outro, ou de uma liga para outra.

Por exemplo, um lado da peça precisa ser resistente a altas temperaturas, enquanto o outro lado precisa ter baixa densidade, ou um lado precisa ser magnético e o outro não.

Agora tudo isso poderá ser feito de forma mais simples e mais rápida por meio da impressão 3D.

Douglas Hofmann e seus colegas do Laboratório de Propulsão a Jato desenvolveram um processo de impressão de metais capaz de fazer transições suaves de um metal ou liga para outro.

Protótipo de suporte de espelho criando com a nova técnica de impressão 3D com gradientes metálicos. [Imagem: NASA-JPL/Caltech]

Impressão radial

As camadas de metal são depositadas na forma de pó sobre uma haste rotativa, fazendo a transição entre os metais de dentro para fora.

Assim, a peça cresce radialmente, e não de baixo para cima, como na técnica de impressão 3D tradicional. As camadas de pó metálico são sucessivamente fundidas por um laser.

"Você pode ter uma transição contínua de uma liga para outra liga, e para outra liga, e você pode estudar uma variedade de ligas diferentes," disse Peter Dillon, membro da equipe.

Esta técnica deverá mudar o panorama das pesquisas de materiais, dando maior flexibilidade na fabricação e permitindo testar inúmeras combinações até se obter o melhor resultado.

Segundo Hofmann, embora gradientes metálicos já tenham sido criados antes em condições de laboratório, esta é a primeira vez que se conseguiu usar a técnica para criar peças reais, como o suporte para o espelho de um telescópio, visto na imagem.

Bibliografia:

Developing Gradient Metal Alloys through Radial Deposition Additive Manufacturing
Douglas C. Hofmann, Scott Roberts, Richard Otis, Joanna Kolodziejska, R. Peter Dillon, Jong-ook Suh, Andrew A. Shapiro, Zi-Kui Liu, John-Paul Borgonia
Nature Scientific Reports
Vol.: 4, Article number: 5357
DOI: 10.1038/srep05357

NASA diz que motor espacial quântico funciona de verdade

NASA diz que motor espacial quântico funciona de verdade: De acordo com os testes, o novo conceito de motor espacial sem combustível tira sua energia do vácuo quântico.

Motor sem combustível

Um motor espacial capaz de impulsionar uma nave sem consumir combustível, tirando sua energia diretamente do vácuo quântico.

Parece bom demais? Ou esquisito demais?

A comunidade acadêmica vinha marcando a segunda opção, achando esquisito o suficiente para nem olhar para os protótipos, classificados como "invenções malucas".

Mas a coisa repentinamente começou a ganhar ares de seriedade. Um dos inventores do "motor espacial quântico" conseguiu convencer uma equipe da NASA a pelo menos testar seu invento.

Eles testaram e, para surpresa geral, a coisa funcionou.

David Brady e seus colegas do Centro Espacial Johnson testaram o motor quântico em 2013, mas só agora apresentaram um artigo descrevendo os testes durante o evento 50th Joint Propulsion Conference, que terminou na sexta-feira em Cleveland, nos Estados Unidos.

O evento não chamou a atenção de muita gente, exceto de David Hambling, que escreveu um artigo para a revista Wired neste final de semana relatando a apresentação.

Conceito de uma sonda espacial para voos mais longos, explorando o conceito do motor quântico, que não depende de tanques de combustível. [Imagem: Cannae LLC]

Motores quânticos

Tudo começa com o cientista britânico Roger Shawyer, que vem tentando há vários anos chamar a atenção da comunidade científica e das agências espaciais para o seu EmDrive, um motor eletromagnético, que provê empuxo sem disparar massa para o lado oposto.

O conceito é revolucionário, já que transformar diretamente eletricidade em empuxo significa que as naves não precisarão mais levar combustível. O problema é que isso rompe com a lei clássica da conservação de energia, o que tem feito a comunidade científica torcer o nariz para a ideia.

Em 2011, uma equipe da Universidade Politécnica do Noroeste da China testou o conceito, e obteve resultados espantosos. Eles construíram seu próprio motor sem combustível, que alcançou um empuxo de 720 micronewtons, mais do que suficiente para equipar um satélite de verdade.

Mas o que os pesquisadores da NASA testaram agora foi um outro dispositivo, chamado de QDrive, criado por um cientista norte-americano chamado Guido Fetta, que aparentemente teve mais sucesso em convencer a agência espacial em dar crédito à sua invenção.

Nos testes, o motor quântico - o nome completo é Propulsor de Plasma do Vácuo Quântico - gerou entre 30 e 50 micronewtons de força em um equipamento com sensibilidade de 10 micronewtons, ou seja, bem acima da margem de erro.

O propulsor consiste em uma cavidade ressonante, no interior da qual micro-ondas ficam refletindo de um lado para o outro, eventualmente capturando a energia do vácuo.

Shawyer disse que o dispositivo de Fetta que foi testado não é tão eficiente quanto o seu, o que eventualmente poderia explicar porque a equipe chinesa, usando um desenho similar ao seu EmDrive, aferiu um empuxo dezenas de vezes maior.

Este é o EmDrive, construído por Roger Shawyer, que é similar ao modelo testado por uma equipe chinesa, obtendo resultados dezenas de vezes superiores ao agora obtido pela NASA. [Imagem: EmDrive]

Energia do vácuo quântico

Um motor sem propelente é revolucionário em relação aos motores atuais, incluindo os motores iônicos, que também são acionados eletricamente, mas disparam partículas carregadas.

Aparentemente o motor quântico tira sua energia do vácuo quântico, que nada tem de vazio. Em lugar do "nada", o vácuo quântico é um constante "borbulhar" de partículas virtuais que aparecem e decaem constantemente, desaparecendo em frações de tempo tão curtas que são difíceis de medir.

Apesar disso, vários experimentos já mostraram a realidade do vácuo quântico e suas energias, incluindo a geração de luz a partir desse "nada" virtual - hoje já é largamente aceito na comunidade científica que a matéria é resultado de flutuações do vácuo quântico.

• Vácuo quântico gera números aleatórios pela internet

Para testar se o vácuo quântico pode ser explorado para gerar trabalho, os pesquisadores da NASA submeteram o motor a um pêndulo de torção muito sensível, procurando tomar o maior número de precauções possíveis para evitar erros de medição.

"Os resultados dos testes indicam que o projeto do propulsor de cavidade ressonante de radiofrequências, que é um dispositivo de propulsão elétrica único, está produzindo uma força que não é atribuível a qualquer fenômeno eletromagnético clássico e, portanto, está potencialmente demonstrando uma interação com o plasma virtual do vácuo quântico," concluiu a equipe.

Agora é só esperar que outras equipes se dignem a testar os motores quânticos para ajudar a eliminar as dúvidas. E então começar a sonhar com viagens espaciais que durem anos ou décadas, e não mais séculos.

Fonte : www.inovacaotecnologica.com.br

Bibliografia:

Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum
David Brady, Harold G. White, Paul March, James T. Lawrence, Frank J. Davies
50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference Proceedings
http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20140006052

Telas transparentes e enroláveis. Finalmente?

Fonte : Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/07/2014

Telas transparentes e enroláveis. Finalmente?: Há anos pesquisadores acenam com a possibilidade de telas de enrolar e janelas transparentes que se transformam em telas.

Promessas inflexíveis

Há anos, pesquisadores acenam com a possibilidade de telas que podem ser enroladas e janelas transparentes que se transformam em telas.

As telas curvas já chegaram ao mercado, mas elas são rígidas. Para que aquelas promessas se concretizem é necessário que as telas sejam flexíveis e transparentes.

Um passo concreto nessa direção foi dado agora com a fabricação dos transistores de película fina mais finos já feitos até hoje - segundo os pesquisadores, eles são essencialmente 2D.

Praticamente todas as TVs, smartphones e outros aparelhos contam com telas planas graças aos transistores de película fina.

Mas essa nova versão leva seu nome ao extremo, com o transístor inteiro medindo apenas 10 camadas atômicas de espessura.

"Isso pode tornar uma tela transparente quase invisível," afirma o professor Andreas Roelofs, dos laboratórios ANL, nos Estados Unidos. E ele faz questão de relembrar: "Imagine uma janela normal que funcione como uma tela sempre que você ligá-la, por exemplo."

100 vezes melhor

Para medir a eficiência de um transístor normalmente se usa sua taxa liga/desliga - o quanto ele interrompe a corrente no estado desligado - e uma propriedade chamada "mobilidade de portadores", que mede a rapidez com que os elétrons podem se mover através do material.

"Ficamos felizes ao ver que a relação ligado/desligado é tão boa quanto a dos transistores de película fina comerciais," disse Saptarshi Das, que fabricou os transistores. "Mas a mobilidade é 100 vezes melhor do que o que está no mercado hoje."

As camadas monoatômicas deslizam umas sobre as outras, evitando que o componente se quebre quando enrolado. [Imagem: Saptarshi Das]

A seguir, a equipe flexionou as películas para testar o que acontece com seus transistores sob estresse. Na maioria dos transistores de película fina, o material começa a trincar, afetando o desempenho ou fazendo o circuito deixar de funcionar por inteiro.

"Mas, no nosso, as propriedades não mudaram em nada," disse Roelofs. "As camadas simplesmente deslizam e não quebram."

TMDCs

A chave para a construção desses transistores ultrafinos está no disseleneto de tungstênio (WS2), um material que permite a construção de transistores, LEDs ou células solares, à escolha do projetista.

O WS2 pertence a uma classe de materiais conhecida como TMDC (Transition Metal DiChalcogenides: metais de transição dicalcogenados), que têm uma fórmula química do tipo MX2, onde M é um metal de transição (tungstênio, molibdênio etc) e X é um calcogênio (enxofre, selênio ou telúrio). Sua grande vantagem é que eles podem ser fabricados em monocamadas atômicas, como ografeno, mas, ao contrário deste último, são naturalmente semicondutores.

"Escolhemos o disseleneto de tungstênio porque ele fornece a condução de elétrons e lacunas necessária para fazer transistores com portas lógicas e outros componentes com junções p-n," disse Anirudha Sumant, outro membro da equipe.

Agora, o grupo pretende adicionar lógica e memória aos seus filmes flexíveis, de modo que possam fabricar não apenas telas, mas uma TV ou computador inteiros, totalmente flexíveis e transparentes.

"No entanto, mais trabalho precisa ser feito no desenvolvimento da síntese do disseleneto de tungstênio em grandes formatos para concretizar todo o seu potencial," ressaltou Sumant.

Link da Fonte : inovação tecnologica

Bibliografia:

All Two-Dimensional, Flexible, Transparent, and Thinnest Thin Film Transistor
Saptarshi Das, Richard Gulotty, Anirudha V. Sumant, Andreas Roelofs
Nano Letters
Vol.: 14 (5), pp 2861-2866
DOI: 10.1021/nl5009037