Patrocinado pela Cometeer.
100 vezes mais forte que o aço são materiais fascinantes que poderiam * canalizar * um caleidoscópio
de tecnologias futurísticas. Eles são frequentemente aclamados como um * canal * chave para uma transição rápida
para um futuro com energia zero de carbono. No entanto, embora esses minúsculos tubos baseados em grafeno tenham sido
considerados revolucionários por cerca de 30 anos, eles ainda não chegaram ao mercado. Mas
estamos vendo um progresso lento em direção a casos de uso interessantes, como um avanço recente que
poderia transformar CNTs em * coisas quentes * para gerar eletricidade limpa a partir do calor residual. Vamos
revisitar os nanotubos de carbono e ver como as coisas estão tomando forma.
Sou Matt Ferrell ... bem-vindo ao Indeciso.
Cerca de um ano atrás, eu abordei como os nanotubos de carbono podem ser capazes de aumentar a energia solar em outro
vídeo, então achei que era um bom momento para revisitar o assunto. E não sou um cientista,
mas gosto de olhar para essas tecnologias de uma visão mais ampla, como elas podem impactar nossas vidas
e se estão realmente chegando ao mercado. Eu sei que você provavelmente já ouviu muitas promessas
sobre grafeno e nanotubos de carbono que ainda não foram entregues, mas os pesquisadores estão abrindo
novos caminhos para * canalizar * seu potencial fenomenal, bem como encontrar maneiras de melhorar
sua fabricação. E é esse último ponto que é um dos maiores problemas
com os CNTs.
Vamos refrescar sua memória * e a minha também * sobre o que deve ser o * graal oco *
do campo da nanotecnologia. Embora os CNTs tenham sido observados pela primeira vez
no final da década de 1950, formados por duas camadas de grafeno. Nomes não exatamente cativantes, mas muito
precisos.
Desde que Iijima os trouxe à vida, os CNTs têm sido associados a infinitas aplicações fantasiosas.
Como um elevador espacial, para citar a previsão mais * lá fora *. No entanto, a promessa * astronômica *
nunca foi cumprida. Uma razão para isso é que, quando você tenta girar os CNTs
em fibras longas, sua resistência excepcional diminui 100 vezes. Agora, estou obviamente em
dúvida se os CNTs algum dia nos levarão ao espaço, mas eles certamente podem conduzir
eletricidade. Isso ocorre porque cada átomo de carbono tem um elétron sobressalente que mal pode esperar para
fluir. Embora a condutividade do MWCNTs não seja afetada pela geometria do material, os SWCNTs
podem ter um comportamento metálico ou semicondutor com base na forma como a camada de grafeno é torcida,
também conhecido como ângulo quiral. Como resultado, você pode acabar com uma
configuração mais ou menos condutiva por design, como poltrona, zig-zag e nanotubos quirais. Novamente, você tem que
amar os nomes ... poltrona? De qualquer forma, os CNTs com estrutura de poltrona são semelhantes aos
metais do ponto de vista elétrico. É por isso que eles são o foco para fazer cabos de alimentação.
Mas o desafio é ser capaz de fazer esses nanofios o mais longos possível.
Em 2014, após anos de trabalho de laboratório, pesquisadores da Rice University * tricotaram * nanotubos em
uma fibra que carregava 4 vezes mais corrente do que o cobre. Ao encher um cabo, esses fios DWCNT de
poltrona podem transferir energia por distâncias mais longas enquanto sofrem perdas menores em comparação
com o cobre. Você pode ver por que seu aumento de escala poderia tornar nossa rede muito mais eficiente.
Mas temos um problema de * macro *. É muito difícil produzir CNTs puros de poltrona em massa,
que abordarei em um minuto.
Além de redes potencialmente melhorando, os pesquisadores recentemente abriram um novo * segmento * para
CNTs: Tirar o máximo proveito do calor residual. Pense em fontes como painéis solares ou
usinas de energia .
Mas antes de entrar nesse avanço do nanotubo de carbono ... vamos falar sobre outro
assunto quente ... o patrocinador de hoje, Cometeer, e sua abordagem única sobre o café. Isso é muito legal
... ou devo dizer quente.
Adoro café, mas infelizmente não posso beber muito porque me dá enxaqueca, mas
minha esposa costuma tomar café diariamente. Tentamos de tudo, incluindo
moer nossos próprios grãos e usar prensas, que tem um gosto ótimo, mas dá muito trabalho e
limpeza.
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para manter o sabor e o frescor. Eles trabalham com torrefadores de especialidades regionais, moem
e preparam na perfeição e, em seguida, congelam rapidamente para entregá-lo à sua porta. Tudo que
você precisa fazer é adicionar 8 onças de água quente e desfrutar. É delicioso ... minha esposa dá
um grande sinal de positivo com o Cometeer.
Eu amo o sabor também. É rico, delicioso e suave. Realmente tem o gosto de que veio
de uma cafeteria, mas não precisei fazer nenhum esforço da minha parte. E também adoro que a Cometeer
esteja comprometida com a sustentabilidade. As cápsulas são feitas de alumínio e são 100% recicláveis,
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Agora, de volta ao avanço do nanotubo de carbono quente ...
De acordo com a Agência de Informação de Energia dos Estados Unidos, mais de 60% da energia usada para gerar
eletricidade na América é perdida na forma de calor. Bem, aparentemente os CNTs podem ser uma boa opção para recuperar
essa energia térmica não utilizada e transformá-la em eletricidade renovável. E parece
haver um * traço comum * entre os inovadores aqui. Mais uma vez, a Rice University. Depois de melhorar os
cabos de alimentação, os cientistas do Rice usaram SWCNTs ... espere, cientistas do arroz? Acho que é
uma coisa completamente diferente ... Cientistas da Rice University usaram SWCNTs para fazer um dispositivo de calor em energia residual
. Basicamente, eles projetaram um filme de nanotubos de carbono contendo cavidades que capturam
o calor infravermelho do sol e estreitam sua largura de banda. Ao fazer isso, eles emitem
fótons, que podem ser eficientemente convertidos em eletricidade. Os pesquisadores afirmam que a integração de
seu dispositivo de recuperação de calor em painéis solares aumentaria sua eficiência em até 80%. Em comparação
com os painéis solares disponíveis no mercado hoje, que não ultrapassam os 23%, isso parece
dramático. Mas você precisa compará-los com as eficiências em outros testes de células solares de laboratório
, que estão em torno da marca de 50%. Portanto, essa alegação ainda precisa ser examinada e
sair do laboratório.
Neste mês de agosto, os pesquisadores da Rice University renovaram suas habilidades de alfaiataria e lançaram
sua última coleção tubular ... um tecido contendo CNT que transforma calor em eletricidade.
Isso poderia definir uma nova tendência da moda no mundo da energia verde. Vestindo seus chapéus
de costureira , os cientistas usaram uma máquina de costura para fazer um tecido elegante com fibras de DWCNTs.
Acontece que este vestido tubular é um gerador termoelétrico. Basicamente, ele pode converter a luz solar
e outras fontes de calor em eletricidade. Durante uma experiência de laboratório, montada em conjunto pela Tokyo
Metropolitan University e Rice University Carbon Hub, este tecido * superalimentado * usou
o calor de uma placa de aquecimento para acender uma luz LED. Pode não parecer uma conquista
* poderosa * para você, mas esta nova linha de roupas CNT atingiu um fator de potência recorde que
é três vezes maior do que o padrão comercial.
Mas como isso funciona? Essencialmente, você gera eletricidade sempre que há um gradiente de temperatura
no material. O que significa que um lado está mais quente do que o outro. Por mais engraçado
que pareça, os nanotubos individuais possuem um fator de potência * gigante *. Esta é a densidade de energia que
você pode obter de um material, dependendo de uma diferença de temperatura específica. Existem
dois componentes que afetam o fator de potência de um material. Sua condutividade elétrica
e o chamado coeficiente de Seebeck, também conhecido como termeletricidade, dão uma indicação
de quanta eletricidade um material gera a partir de variações térmicas. Imagine que você une
dois fios feitos de metais diferentes e aquece um deles. Ao fazer isso, os elétrons
fluirão em direção à parte mais fria deste circuito. Bem, Seebeck foi o primeiro a
* ver * isso, e é por isso que esse fenômeno é chamado de efeito Seebeck. E é o
princípio básico de como os termopares funcionam. Até agora, os cientistas têm lutado para preservar
o fator de potência dos CNTs ao integrá-los em uma estrutura maior como um tecido ... até
agora. O grupo Rice ... desculpe, o grupo Rice University foi o primeiro a criar uma estrutura baseada em CNTs de
grande porte que retém a densidade de energia superior dos tubos individuais.
Eles conseguiram embalar as fibras em um padrão denso e altamente alinhado. Isso levou a uma
condutividade elétrica mais de 10 vezes maior do que as medidas no passado para macroestruturas CNT.
Além disso, os designers brincaram com a energia Fermi dos CNTs. Isso pode ser definido
como a diferença entre o nível mais alto e o mais baixo de energia cinética dos elétrons
a 0 kelvin (ca. -460 F). Em qualquer outra temperatura, você se refere ao nível de Fermi, que
geralmente é chamado de potencial eletroquímico. Bem, eu não sou um cientista, então se eu perdi alguma coisa
aqui, pare de falar nos comentários. Sei que tudo parece complicado, então vamos nos concentrar em
uma palavra-chave: cinética. Ajustar a energia de Fermi, ou nível, afetará a velocidade com que os elétrons se movem
pelo material. Em outras palavras, a condutividade elétrica. Um ajuste bem-sucedido
desse parâmetro permitiu aos pesquisadores ajustar as propriedades eletrônicas das fibras. Eles doparam
o tecido com alguns produtos químicos contendo cloro e alcançaram um coeficiente de Seebeck mais alto, o
que significa ter um nanopar mais eficiente.
A obtenção de um fator de potência muito alto é crucial para aplicações de captação de energia porque
você maximiza a produção de eletricidade que obtém ao explorar fontes renováveis, como
calor residual ou industrial. Para o bem do experimento, os cientistas testaram fibras com centímetros de comprimento
. No entanto, os pesquisadores obtiveram as mesmas propriedades eletrônicas após dobrar os
pedaços de tecido menores em fios de CNTs mais longos, o que significa que o produto é escalonável.
A principal ressalva aqui é que só foi provado em laboratório, mas é um resultado
muito encorajador, pois macroestruturas de CNT com eficiência energética serão essenciais para desenvolver dispositivos de coleta de
energia do mundo real . E é isso que o grupo de pesquisa está planejando desenvolver ainda mais
no futuro. Uma possível aplicação seria o resfriamento ativo de componentes eletrônicos. Graças à
sua alta condutividade térmica, as fibras de nanotubos podem extrair calor de optoeletrônicos sensíveis
que podem falhar quando expostos a altas temperaturas. Embora não tenham divulgado
nenhum financiamento de investidores privados, esta pesquisa foi apoiada por algumas fundações, bem
como pela Força Aérea dos Estados Unidos e pelo Departamento de Defesa.
Embora esses desenvolvimentos recentes estejam * aquecendo * as vibrações em torno dos CNTs, está demorando muito
para comercializar esses materiais revolucionários. Então, o que está obstruindo o tubo entre
o laboratório e o mercado?
O principal desafio tem sido o desenvolvimento de estruturas maiores baseadas em CNT que preservem as
propriedades maravilhosas de cada um de seus blocos de construção. Outro grande enigma é o
crescimento seletivo de um nanotubo com uma geometria específica. Ao criar CNTs, você sempre acaba
tendo um * coquetel de nanochaves * com diferentes formas e propriedades. E, o mais importante,
essa bagunça aglomerada não tem as qualidades maravilhosas dos CNTs individuais. No entanto, ao longo do
último ano ou dois pesquisadores descobriram métodos diferentes para desvendar a
questão do agrupamento de CNTs.
Um dos principais objetivos dos cientistas é separar os tubos metálicos dos semicondutores.
Para conseguir isso, eles desenvolveram diferentes tipos de polímeros para dissolver e lavar
um tipo, deixando o outro para trás. Outra equipe de pesquisadores usou cresol, um
ingrediente de produtos de limpeza comerciais, para purificar a mistura de CNTs. Além de
evitar produtos químicos agressivos que poderiam reduzir a condutividade dos CNTs, o uso de cresol deu aos tubos
isolados uma torção pegajosa. Conforme os pesquisadores aumentaram a quantidade de cresol, seu produto purificado
mudou de consistência de pasta de dente para gel e para uma espécie de massa de carvão que basicamente
se comporta como plástico. Isso ainda está em fase de laboratório, portanto, mais testes e desenvolvimento
estão acontecendo, mas sua criação semelhante a um polímero pode trazer enormes vantagens práticas.
Seria muito mais fácil de manusear e transportar em comparação com os pós fofos de carbono. E eles
seriam mais adequados para a produção industrial composta.
Depois de 30 anos, o pioneiro dos CNTs, Sumio Iijima, não perdeu seu entusiasmo inicial e ainda está
tentando acelerar a produção em massa de nanotubos de carbono. Aparentemente, ele entrou com um pedido
de patente para um novo método que iria arrumar a bagunça CNT que você normalmente tem. Todas essas contribuições
poderiam facilitar a vida das poucas empresas que estão trabalhando arduamente para comercializá-las.
Como a Huntsman Corp, que conseguiu aumentar a produção de um grama por hora para
um quilograma por hora. Isso é um aumento de 1.000 vezes em alguns anos e eles
continuam aumentando.
O hype sobre os nanotubos de carbono não é tão alto hoje quanto era há 30 anos, o que é uma
coisa boa . Acho que as expectativas são mais realistas agora. Mas eles ainda são alguns dos
materiais mais promissores para o futuro das tecnologias verdes. Embora a fabricação de CNTs em
escala tenha se mostrado muito mais complexa e demorada do que o esperado, os pesquisadores
fizeram um progresso significativo, embora lento. Claramente, eles ainda não podem nos prometer um
elevador espacial , mas colher calor para energia e tornar nossa grade e painéis solares mais eficientes
soa como uma conquista eletrizante, mas realista. É importante ficarmos de olho
no progresso ... e nas expectativas sob controle.
Mas o que você acha? Você acha que esse tipo de tecnologia vai fazer diferença no
mercado de renováveis? Ou você acha que os CNTs ainda foram prometidos demais e nunca vão entregar?
Pule para os comentários e me diga. E obrigado, como sempre, aos meus patronos. O apoio direto deles
realmente ajuda na produção desses vídeos. Por falar nisso, se você gostou desse
vídeo, não deixe de conferir um dos que tenho linkado aqui. E se inscreva e
aperte o sino de notificação se você acha que mereci. Muito obrigado por assistir e
nos vemos no próximo.