Modelagem de Diodos Térmicos baseados no confinamento geométrico de Cristais Líquidos

Resumo

O desenvolvimento de circuitos térmicos é um desafio da nanociência e nanotecnologia moderna com grande potencial em diversas aplicações, como portas lógicas térmicas, refrigeração microeletrônica e gerenciamento de energia (Wong, 2021). O presente trabalho investiga o funcionamento de diodos térmicos, dispositivos que realizam o transporte de calor em uma direção preferencial, formados a partir de cristais líquidos nemáticos confinados em diferentes configurações geométricas. Foi desenvolvida uma abordagem sistemática para determinar o campo diretor do cristal líquido confinado, resolvendo analiticamente as equações de Euler-Lagrange que minimizam a energia elástica de Oseen-Frank, para em seguida determinar o tensor de condutividade térmica para resolver numericamente a equação da difusão para o transporte de calor ao longo do dispositivo através do método de elementos finitos. Foi estudado o confinamento geométrico na configuração de cilindros concêntricos, onde um aumento na retificação térmica quando comparada a de um cilindro simples (Melo, 2016) é verificado, e também na configuração de tronco de cone, na qual as assimetrias geométricas permitem a obtenção de alta retificação, da ordem de 3 x 10³ %. Também é  investigado outras geometrias com simetria axial. Ademais, foi possível explicitar o impacto do fluxo de calor e dos parâmetros geométricos de cada configuração na retificação térmica, fornecendo uma maneira de otimizar a eficiência dos dispositivos.
 
Palavras-chave: Diodos Térmicos; Retificadores Térmicos; Cristais Líquidos; Polímeros Confinados.
 
Referências 

​MELO, Djair et al. Thermal diode made by nematic liquid crystal. Physics Letters A, v. 380, n. 38, p. 3121-3127, 2016.
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WONG, M. Y. et al. A review of state of the art thermal diodes and their potential applications. International Journal of Heat and Mass Transfer, v. 164, p. 120607, 2021.