Uso de Cristais Líquidos na Criação de Direcionadores Multifísicos

Resumo

O conhecimento na manipulação das diversas formas de energia (eletricidade, luz, calor, etc.) é de fundamental importância tecnológica e econômica. Uma aplicação deste conhecimento é o processamento de informações associada a estas entidades físicas, seja no aumento da velocidade de processadores eletrônicos, no desenvolvimento de artefatos fotônicos ou na criação de chips opto-eletrônicos. Os cristais líquidos são materiais capazes de processar várias formas de energia, possibilitando o processamento/transmissão de informações. Eles são materiais formados por moléculas de formato anisotrópico e que apresentam novos estados da matéria entre a sólida e a líquida, possuindo propriedades de ambas as fases. Uma dessas fases intermediárias é a chamada nemática, nas quais as moléculas estão posicionadas de maneira aleatória, no espaço, mas alinhadas ao longo de uma determinada direção. Esta fase também é anisotrópica simultaneamente para a propagação de luz (PEREIRA, 2011) e calor (FUMERON, 2013). As células solares possuem limitações no que diz respeito à concentração da luz. Logo, não é possível aumentar sua eficiência sem que haja o acréscimo de um controlador externo, algo como uma lente. Assim, foi criado um direcionador simultâneo de fluxo de energia termo-eletromagnético, constituído por cilindros concêntricos, entre os quais foram colocados cristais líquidos nemáticos calamíticos termotrópicos, que possuem moléculas em formato de bastão com propriedades físicas e transições de fase dependentes da temperatura. A direção das moléculas dos cristais líquidos pode ser modificada pela aplicação de campos elétricos e/ou magnéticos. O estudo foi desenvolvido a partir de tensores e aplicado utilizando o software computacional COMSOL Multiphysics, o qual possibilitou verificar comportamentos variados para diferentes campos moleculares. Dessa forma, esses campos podem se apresentar orientados na direção radial, onde o campo elétrico se concentra após a passagem pelos cilindros concêntricos do direcionador ou na direção azimutal, na qual o campo elétrico se comporta de maneira uniforme, diminuindo a incidência dos raios após os cilindros. Os comportamentos também foram dependentes do material interior e exterior ao dispositivo, das propriedades elétricas do direcionador, do comprimento de onda (frequência), entre outros parâmetros. Acredita-se que é possível aumentar a eficiência de processos térmicos e/ou eletromagnéticos localizados no centro do direcionador, como nas células solares (RATIVA, 2015), através da concentração da luz (estudo realizado). Além disso, manipular a quantidade de luz e calor em uma determinada região apresenta boa aplicabilidade tecnológica a partir da economia de energia pelo reaproveitamento de calor, para o uso em outros sistemas de interesse e da miniaturização espacial no desenvolvimento de projetos de manipulação energética, uma vez que um único artefato funcionará como direcionador para diferentes tipos de energia (luz e calor). Palavras-chave: Cristais líquidos. Direcionador. Simulação computacional. Energia.