Claudio Macedo
31/01/2017

[1]
O dióxido de vanádio (VO2) é um material muito especial. Ele é um isolante transparente até 67 oC e, a partir dessa temperatura, se torna um metal bom condutor de eletricidade, porém mal condutor de calor [2].

O exotismo está no fato da condutividade do dióxido de vanádio contrariar fortemente o comportamento característico dos demais metais que, em linhas gerais, seguem a lei de Wiedemann-Franz (lei estabelecida em 1853 que afirma que a contribuição eletrônica para a condutividade térmica é proporcional à condutividade elétrica).

O estudo com o VO2 que resultou na descoberta que esse metal viola a lei de Wiedemann-Franz foi realizado por uma equipe de pesquisadores de vários países [2]. A interpretação dos autores é que no dióxido de vanádio metálico (acima de 67 oC), ao contrário dos outros metais conhecidos, a condutividade elétrica e a condutividade térmica ocorrem por processos independentes. Os elétrons, nesse caso, se movem de maneira sincronizada através do material, sem o espalhamento usual que provoca aquecimento.

Fenômenos semelhantes, de condutividades elétrica e térmica independentes, só tinham sido observados, até o momento, em sistemas a temperaturas criogênicas (abaixo de -150 oC). Nestes casos, têm sido observados, tipicamente, um movimento coletivo hidrodinâmico de portadores de carga.

Os pesquisadores também constataram que adição de tungstênio ao VO2 reduz a temperatura em que o dióxido de vanádio se torna metálico e permite ajustar as condutividades elétricas e térmicas, isto é, consegue-se “sintonizar” a quantidade de eletricidade e calor que ele pode conduzir.

Os autores já projetam inúmeras aplicações para o dióxido de vanádio com adição de tungstênio. Ele poderia ajudar a dissipar o calor de um sistema, passando a conduzir o calor quando o sistema atinge uma determinada temperatura; antes dessa temperatura, seria um isolante. Também, por ser transparente a temperatura ambiente, o VO2, com os devidos ajustes de condutividade térmica, poderia ser usado em revestimento de janelas que dissipariam calor automaticamente no verão, porque ele terá alta condutividade térmica, mas evitaria a perda de calor no inverno, devido à sua baixa condutividade térmica a temperaturas mais baixas. [3]

[1] Crédito da imagem: Art Gallery ErgsArt application by ErgSap (Flickr) / Creative Commons (Public Domain Mark 1.0). URL: https://www.flickr.com/photos/ergsart/22349921241.

[2] S Lee et al. Anomalously low electronic thermal conductivity in metallic vanadium dioxide. Science 10.1126/science.aag0410 (2017).

[3] Artigo relacionado: O estranho comportamento dos elétrons no grafeno.

Como citar este artigo: Claudio Macedo. A exótica condutividade do dióxido de vanádio. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2017/01/a-exotica-condutividade-do-dioxido-de-vanadio/. Publicado em 31 de janeiro (2017).

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