Materiais bidimensionais ou em 2D utilizados em dispositivos eletrônicos podem esquentar duas vezes mais e, devido ao aumento da temperatura, danificar o aparelho. De acordo com o MIT News, agora esse problema pode ser minimizado por conta de um estudo feito recentemente.
Segundo o MIT, o problema é agravado porque os materiais são finos e opticamente transparentes, com isso, é quase impossível medir seu coeficiente de expansão térmica (TEC) — a tendência do material é se expandir quando as temperaturas aumentam.
"Quando as pessoas medem o coeficiente de expansão térmica para algum material a granel, elas usam uma régua científica ou um microscópio, porque com um material a granel, você tem a sensibilidade para medi-los. O desafio com um material 2D é que não podemos realmente vê-los, por isso precisamos recorrer a outro tipo de régua para medir”, diz Yang Zhong, estudante de pós-graduação em engenharia mecânica.
Em vez de medir diretamente como o material se expande, os pesquisadores usam a luz laser para rastrear as vibrações dos átomos que compõem o material. Fazer medições de um material 2D em três superfícies diferentes, ou substratos, permite extrair com precisão seu coeficiente de expansão térmica.
O novo estudo aponta que este método é altamente preciso, alcançando resultados que correspondem aos cálculos teóricos. A abordagem confirma que os TECs de materiais 2D se enquadram em uma faixa muito mais estreita do que se pensava anteriormente. Essas informações podem ajudar os engenheiros a projetar eletrônicos da próxima geração.
Medindo a frequência vibracional
Com o novo estudo, os engenheiros estão concentrando-se nos átomos que compõem o material 2D. Quando um material é aquecido, seus átomos vibram numa frequência mais baixa e se afastam mais, o que faz com que o material se expanda.
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Para isso, os pesquisadores medem essas vibrações usando uma técnica chamada espectroscopia micro-Raman, que envolve atingir o material com um laser. Os átomos vibratórios espalham a luz do laser, e essa interação pode ser usada para detectar sua frequência vibracional.
Os pesquisadores então colocaram cada substrato em um estágio térmico para controlar com precisão a temperatura, aqueceram cada amostra e realizaram espectroscopia micro-Raman.
"Ao realizar medições Raman nas três amostras, podemos extrair algo chamado coeficiente de temperatura que é dependente do substrato. Usando esses três substratos diferentes, e conhecendo os TECs da sílica fundida e do cobre, podemos extrair o TEC intrínseco do material 2D", explica Zhong.
