Baterias de lítio ganham o poder do silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/09/2011

À esquerda pode-ser ver a abordagem tradicional no uso de silício e polímeros. À direita, o novo polímero é ele próprio condutor, mantendo-se firme junto às partículas de silício mesmo nos repetidos ciclos de carga e descarga.[Imagem: LBNL]

Oito vezes melhor

Cientistas sintetizaram um novopolímero que consegue absorver até oito vezes mais lítio do que o material usado nas baterias recarregáveis atuais.

Para afirmar que o novo material pode criar uma nova geração de baterias para viabilizar definitivamente os carros elétricos, os cientistas não se restringiram a fazer projeções matemáticas.

Eles testaram o novo material por mais de um ano, demonstrando que ele suporta centenas de ciclos de carga e descarga sem perder suas características.

Silício e íons de lítio

"Anodos de alta capacidade parabaterias de íons de lítio sempre se defrontaram com o desafio da alteração de volume quando os eletrodos absorvem o lítio," comentou Gao Liu, dos Laboratórios Berkeley, nos Estados Unidos.

Quase todos os anodos das baterias de lítio hoje são feitos de grafite, que é eletricamente condutor mas tem uma capacidade de expansão apenas modesta - os íons de lítio são armazenados entre as camadas degrafeno que formam o grafite.

O silício é o material com maior capacidade de absorção de íons de lítio entre todos os materiais que se conhece. Mas ele triplica de volume quando está totalmente carregado, o que gera trincas no material durante os ciclos de carga e descarga, diminuindo radicalmente a vida útil das baterias.

Uma abordagem vinha sendo a mistura de polímeros ao silício para que o material ganhasse em flexibilidade. Mas isso torna necessário a adição de carbono para a condução elétrica, e o carbono acaba sendo expulso da mistura nos repetidos ciclos de incha e desincha do anodo.

Polímero condutor

A solução veio na forma de um polímero - uma espécie de plástico - que conduz eletricidade e se liga fortemente às partículas de silício que retêm o lítio no anodo da bateria.

No processo de absorção do lítio - durante o carregamento da bateria - o polímero incha, expandindo-se a até três vezes seu volume inicial. Durante o descarregamento, ele libera o lítio e encolhe novamente para seu tamanho normal.

O polímero condutor de eletricidade resolveu o problema ao dispensar a adição do carbono.

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Segundo os pesquisadores, o novo anodo usa apenas materiais já disponíveis, de baixo custo e compatíveis com as tecnologias da fabricação das baterias recarregáveis de lítio.

Bibliografia:
Polymers with Tailored Electronic Structure for High Capacity Lithium Battery Electrodes
Gao Liu, Shidi Xun, Nenad Vukmirovic, Xiangyun Song, Paul Olalde-Velasco, Honghe Zheng, Vince S. Battaglia, Lin-Wang Wang, Wanli Yang
Advanced Materials
23 SEP 2011
Vol.: Article first published online
DOI: 10.1002/adma.201102421

Fonte: Inovação Tecnológica

Nanocompósitos podem viabilizar avião-Transformer

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/09/2011

Renderização artística do Avião Morfológico, também conhecido como Veículo Aeroespacial do Século XXI, mostrando os avançados conceitos que a NASA vislumbra para uma aeronave do futuro.[Imagem: AFRL]

Compósitos são materiais híbridos, resultantes da mistura de polímeros com materiais naturais, metais, fibras ou cerâmicas.

Os nanocompósitos são materiais desse tipo, mas cuja estrutura é projetada e sintetizada em nanoescala.

Cientistas ligados à NASA estão agora estudando uma nova série de nanocompósitos capazes de "reagir a estímulos".

Materiais reativos

De forma semelhante a um ser vivo, por exemplo, afastando-se rapidamente de uma fonte de calor, esses nanocompósitos reativos alteram suas propriedades mecânicas quando expostos a campos elétricos, campos magnéticos ou a algum tipo de radiação eletromagnética.

A alteração das propriedades desses "materiais mutantes" deriva de interações sinergísticas entre a matriz de polímero e seu material de preenchimento.

Os pesquisadores agora conseguiram desenvolver um novo material com uma capacidade de reação significativa a um campo elétrico, o que significa que ele pode ser usado como atuador - para exercer uma força, por exemplo - ou sofrer uma deformação.

É um passo gigantesco à frente dos músculos artificiais.

Aviões que mudam de forma

Um dos objetivos primários da pesquisa é o desenvolvimento de aviões que possam se adaptar às condições de voo alterando seu próprio formato - eles são chamados de aviões morfológicos (morphing planes).

Por exemplo, um avião precisa de grande sustentação nas baixas velocidades de decolagem e pouso, mas isso compromete sua aerodinâmica para o voo em alta velocidade.

Hoje, esse equilíbrio é obtido cedendo-se dos dois lados, o que significa que os aviões não são ótimos em nenhuma das duas situações.

Alguns sistemas de asas móveis tentam contornar esse compromisso, mas com um custo e uma complexidade elevados demais para serem usados em aplicações úteis - na aviação civil, por exemplo.

Mas esses materiais adaptativos são promissores para inúmeras outras aplicações, destents e implantes médicos a automóveis e telescópios.

Do nano ao macro

Os maiores entraves ao uso desses materiais inovadores estão nas restrições de temperatura e no fato de que os protótipos até agora desenvolvidos suportam poucos ciclos de funcionamento - o que significa que eles perdem sua capacidade de se "transformar" com o uso.

Os pesquisadores descobriram que a saída pode estar no uso de nanotubos de carbonono meio dos chamados nanocompósitos poliméricos eletrorrestritivos (PNC:Electrostrictive Polymer Nanocomposites).

De forma surpreendente, os pesquisadores descobriram que as nanopartículas são essenciais para a construção dos materiais eletroativos, mas a capacidade final do material para mudar de forma depende das suas características finais em macroescala.

Os resultados mostraram que a atuação eletrotermal do nanocompósito não depende da composição do material que preenche a matriz de polímero, mas apenas da condutividade final do material pronto - daí a importância dos nanotubos de carbono, com sua excepcional condutividade.

O trabalho estabelece um novo patamar para as pesquisas, permitindo que os cientistas selecionem os melhores materiais de preenchimento, calculem sua quantidade ótima e descubram novas técnicas de processamento - tudo para otimizar o comportamento morfológico final do material.

Fonte: Inovação Tecnológica

FeTRAM: memória não-volátil consome 99% menos energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/09/2011

Diagrama da memória FeTRAM, uma memória que não perde dados na ausência de energia com potencial para consumir 99% menos energia.[Imagem: Birck Nanotechnology Center, Purdue University]

Leitura não-destrutiva

Combinando nanofios de silício e um plástico ferroelétrico, pesquisadores desenvolveram um novo tipo de memória de computador.

Como acontece com todos os novos tipos de memória de computador, este promete ser mais rápido e consumir menos energia - com a vantagem de não perder os dados quando o computador é desligado.

De fato, seu projeto é mais simples, o que torna possível consumir muito menos energia.

A nova memória é bastante similar às já bem conhecidas memórias ferroelétricas, ouFeRAMs.

Sua grande vantagem é que a informação armazenada no material ferroelétrico pode ser lida de forma não-destrutiva - a leitura não destrói o dado.

Com isto, torna-se possível armazenar o dado usando um transístor ferroelétrico, em vez de um capacitor, como nas atuais FeRAMs.

Transístor ferroelétrico

O polímero ferroelétrico muda de polaridade sob a ação de um campo elétrico, permitindo seu uso como um transístor ferroelétrico - na prática, uma célula de memória que não perde os dados depois que a energia é desligada.

A nova tecnologia é chamada FeTRAM, uma sigla para memória de acesso aleatório com transístor ferroelétrico.

"Nós desenvolvemos a teoria e fizemos o experimento, e também demonstramos que ele funciona em um circuito," afirmou Saptarshi Das, da Universidade Purdue, nos Estados Unidos.

Graças à eliminação do capacitor, a memória não-volátil tem potencial para usar 99% menos energia do que uma memória flash - como as usadas nos pen-drives.

"Entretanto, nosso dispositivo ainda consome mais energia porque ele ainda não foi adequadamente miniaturizado," pondera Das. "Para as futuras gerações da tecnologia FeTRAM um dos principais objetivos será a redução da dissipação de potência. Eles também poderão ser mais rápidos do que qualquer outro tipo de memória."

Bibliografia:
FETRAM. An Organic Ferroelectric Material Based Novel Random Access Memory Cell
Saptarshi Das, Joerg Appenzeller
Nano Letters
Vol.: 11 (9), pp 4003-4007
DOI: 10.1021/nl2023993

Fonte: Inovação Tecnológica

NASA planeja levar internet de 100 Mbps para o espaço

26 de Setembro de 2011 | 17:52h

Com nova tecnologia, seria possível até mesmo fazer streaming de vídeos em HD a partir da Lua, por exemplo

A NASA, agência espacial americana, está desenvolvendo um novo sistema de comunicações baseado em raios laser que pode aumentar consideravelmente a velocidade com que imagens do espaço são enviadas para a Terra. De acordo com o site Electronista, o LRCD - Laser Communications Relay Demonstration - poderia aumentar essa comunicação entre 10 e 100 vezes. Uma imagem em alta resolução vinda de Marte, por exemplo, poderia chegar após alguns minutos, contra os 90 minutos necessários atualmente. Seria possível, até mesmo, fazer streaming de vídeos em HD a partir da Lua.

Hoje, as transmissões da agência são baseadas em ondas de rádio. Uma série de estações captam e enviam os sinais para o espaço. Agora, a NASA quer transmitir dados de forma digital com os lasers, a partir de bases localizadas no Havaí e Califórnia.

Se tudo ocorrer conforme planejado, o novo sistema de comunicações será lançado em 2016.

Fonte: Olhar Digital

Carro sem motorista anda sozinho em tráfego real

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/09/2011

Um escâner a laser rotativo fica instalado do teto do carro, fornecendo medições de até um milhão de pontos de rasteio por segundo em 360º e em 3D.[Imagem: FU-Berlin]

Carro autônomo

Engenheiros da Universidade de Berlim, na Alemanha, completaram um percurso de 80 km com um carro totalmente autônomo.

O teste foi feito nas ruas de Berlim, em trânsito normal, durante um fim de semana, sem nenhum incidente.

O carro é inteiramente dirigido por computadores.

Por questão de segurança, um motorista vai dentro do carro, mas responsável apenas por pisar no "botão de pânico" caso alguma coisa dê errado.

A Europa planeja ter carros sem motoristas nas estradas do continente até 2020.

Controlado eletronicamente

O carro é uma perua Passat inteiramente modificada para a tecnologia "drive by wire", um termo sem tradução literal que indica que tudo no carro é controlado eletronicamente, "por meio de fios".

A eliminação dos controles mecânicos é crucial para que o carro possa ser dirigido por um computador.

Múltiplos sensores suprem o computador com todas as informações sobre a via, os outros carros e os pedestres.

As informações dos sensores são processadas e o computador envia comandos eletrônicos para o acelerador, freio, direção e luzes de sinalização.

Isto permite que o veículo evite os obstáculos, ajuste sua velocidade, mude de faixa, pare ou acelere, enfim, tudo o que um motorista humano faria.

O carro já havia sido testado exaustivamente em condições controladas, o que permitiu o teste agora realizado em condições reais de tráfego.

Laser 360º e 3D

O carro reconhece sua posição nas ruas por meio de um sistema ultra-preciso de GPS, com precisão na faixa dos centímetros.

Três escâneres a laser na frente e três atrás rastreiam continuamente o entorno do veículo, detectando qualquer obstáculo, sobretudo outros carros e pedestres - o laser opera na faixa do infravermelho, o que torna os feixes invisíveis ao olho humano, não atrapalhando os outros motoristas.

Um terceiro escâner a laser rotativo fica instalado do teto do carro, fornecendo medições adicionais - até um milhão de pontos de rasteio por segundo em 360º e em 3D.

Uma câmera preto e branco detecta as faixas no asfalto e ajusta a posição do carro sempre no centro da faixa.

Duas câmeras coloridas são usadas para identificar as luzes dos semáforos. Durante o percurso, o carro passou por 46 semáforos, sem qualquer falha de interpretação dos sinais.

• Carro sem motorista viajará 13 mil km pela Rota da Seda

Fonte: Inovação Tecnológica