Diodos Multifísicos a Base de Cristais Líquidos

Resumo

A utilização de diversas formas de energia, como luz e calor é atualmente bastante explorada em dispositivos da área da fotônica e fonônica, muitos desses têm como ideia principal usufruir das propriedades físicas anisotrópicas dos materiais usados. Entretanto esses dispositivos lidam com apenas uma entidade física, ou luz ou calor, por exemplo. O objeto de pesquisa é um diodo que retifica ambas espécies físicas citadas, um retificador “termo-eletromagnético”. Como objetivo tem-se estudar a viabilidade funcional desses diodos multifísicos, utilizando modelagem computacional, analisando quantitativamente: os fenômenos de concentração e repulsão de luz e calor, a interferência do comportamento térmico sobre o eletromagnético e a influência da geometria e comprimento de onda na resposta do diodo. Permitindo o uso de um único material que processe essas duas formas de energia simultaneamente, apresentam-se os cristais líquidos [OSWALD; PIERANSKI, 2005]. Estes materiais possuem diferentes fases entre a sólida e a líquida e suas moléculas são de formato anisotrópico. A fase nemática, a qual é utilizada no projeto, tem a característica de as moléculas estarem posicionadas de forma aleatória no espaço, mas alinhadas ao longo da direção de um versor, nomeado diretor. Ao alterar a direção deste versor, as propriedades anisotrópicas podem ser modificadas. Na pesquisa é utilizado exclusivamente o cristal líquido nemático calamítico termotrópico para modelar um diodo que retifica luz e calor simultaneamente. Utilizando o software COMSOL de modelagem computacional por elementos finitos, verificou-se que de fato existe uma influência da variação da temperatura na propagação das ondas eletromagnéticas; observou-se que ao aumentar o fluxo térmico sob o diodo, os valores de retificação elétrica e térmica diminuem. A interferência das condições térmicas na retificação térmica e elétrica já eram previstas devido à dependência térmica da condutividade térmica molecular[MELO; FERNANDES; MORAES; FUMERON; PEREIRA, 2016] e dos índices de refração do cristal líquido. Além disso a geometria, que é cilíndrica, também interferiu nos resultados de retificação elétrica e térmica, para um raio na ordem de 60μm, a retificação elétrica apresentou um comportamento periódico ao variar a altura na faixa de 30μm a 70μm. O dispositivo modelado neste projeto de iniciação científica, por processar luz e calor simultaneamente tem-se aplicações na economia de energia, fazendo com que o sistema possa melhor aproveitar o calor gerado como subproduto nos processos, obtendo maior eficiência de processos térmicos e/ou eletromagnéticos, e a miniaturização de circuitos “termo-fotônicos”.Palavras-chave: Cristal Líquido. Retificação. Diodos. Multifísica.Referências Oswald, Patrick; Pieranski, Pawel. Nematic and Cholesteric Liquid Crystals: Concepts and Physical Properties Illustrated by Experiments. CRC Press: Boca Raton, 2005.MELO, Djair.; FERNANDES, Ivna.; MORAES, Fernando.; FUMERON, Sébastien.; PEREIRA, Erms. Thermal diode made by a nematic liquid crystal. Physics Letters A, v. 380, n. 38, p. 3121-3127, 7 set. 2016.