Isolante designa um conjunto de materiais que por suas

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INTRODUÇÃO
Isolante designa um conjunto de materiais que por suas características físico-químicas confere
propriedades úteis ao seu emprego em diversas aplicações industriais ou arquitetônicas por
propiciar barreiras ao calor, eletricidade ou som, por exemplo.
Tem como classes:

Isolantes térmicos;

Isolantes elétricos;

Isolantes sonoros.
O que determina se um material será bom ou mau condutor são:

Composição química do material: materiais diferentes têm condutividades térmicas
diferentes em decorrência das ligações em sua estrutura atômica ou molecular;

Densidade;

Características físicas: materiais fibrosos ou porosos.
Isolantes elétricos são aqueles materiais que tem pouco eletrons livres e que resistem ao
fluxo dos mesmos. Alguns materiais desta categoria são:
Plástico (resinas), Silicone, Borracha, Vidro (cerâmicas), Óleo, Água pura deionizada.
A resistência desses materiais ao fluxo de cargas é boa, e por isso são usados para
encapar fios elétricos de cobre, seja em uma torre de alta tensão ou cabo de uma
secadora.
São os materiais que possuem altos valores de resistência elétrica e por isso não
permitem a livre circulação de cargas eléctricas, por exemplo borracha, silicone, vidro,
cerâmica. O que torna um material bom condutor elétrico é a grande quantidade de
elétrons livres que ele apresenta à temperatura ambiente, com o material isolante
acontece o contrário, ele apresenta poucos elétrons livres à temperatura ambiente. Os
isolantes elétricos são separados de acordo com a tensão que se quer fazer o isolamento.
Um pedaço de madeira, por exemplo, só pode ser considerado isolante até uma
determinada classe de tensão, se elevermos essa tensão a determinados níveis, ele pode se
tornar um condutor de eletricidade.
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Um grupo internacional de cientistas descobriu uma nova classe de materiais, batizados
de superisolantes, que aumentam a resistência elétrica com a queda na temperatura ou
sob a ação de um campo magnético externo.No limite, essa descoberta poderá servir para
fabricar baterias ideais.
A teoria clássica desse efeito foi estabelecida por John Bardeen, Leon Cooper e J. Robert
Schrieffer.
Durante os anos 1990, os pesquisadores começaram a realizar outras transições de fase
trabalhando em temperaturas mais baixas e mesmo no zero absoluto, sempre dentro da
perspectiva dos efeitos quânticos. Christoph Strunk, da Universidade de Regensburg
(Alemanha) e Valerii Vinokur, do Argonne National Laboratory (EUA), com outros
pesquisadores,
descobriram
que
filmes
de
nitreto
de
titânio,
normalmente
supercondutores, podiam tornar-se... superisolantes. Mergulhados em um campo
magnético e resfriados a uma temperatura inferior a 70 mK (milikelvins), esses filmes
apresentam uma resistência infinita à corrente elétrica.
Esse material que apresenta propriedades elétricaas contrárias aos supercondutores, ou
seja, resistência elétrica extremamente elevada a temperaturas próximas do zero absoluto
em relação ao seu valor à temperatura ambiente (100000 vezes superior neste caso), foi
testado recentemente por um grupo de cientistas investigadores.
Valerii Vinokur, do Argonne National Laboratory e sua colega Tatyana Baturina,
juntamente com outros cientistas de Argonne e colaboradores da Bélgica, Alemanha e
Rússia, prepararam um filme muito fino de nitreto de titânio de forma a obterem um
material
com
características
superisolantes.
A
teoria
aceita
que
explica
a
supercondutividade, aplicável neste caso ao nitreto de titânio, baseia-se no coceito de par
de Cooper(trata-se do emparelhamento de partículas carregadas, como os elétrons,
cujos momentos cinéticos semi-inteiros (fracionários) se juntam para formar os bósons.
Obtém-se, então, um superfluido carregado que pode derramar-se sem nenhuma
resistência).
Assim, nos supercondutores, abaixo de determinados valores de temperatura
e de campo magnético aplicado (designados por temperatura crítica e por campo crítico),
os electrões organizam-se em pares, movimentando-se praticamente sem restrinções,
reduzindo a resintência a um fluxo de corrente elétrica até valores praticamente
nulos.Vinokur explica que os filmes de nitreto de titânio, tais como de outros materiais,
podem conportar-se não como supercondutores mas sim como superisolantes se a sua
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espessura for suficientementefina. No caso de um filme muito fino de nitreto de titânio,
abaixo do temperatura crítica e campo crítico, os electrões originam pares de Cooper,
mas estes não se podem movimentar, originando um estado com uma resistência elétrica
teoricamente infinita.
UM FENÔMENO AINDA MAL COMPREENDIDO
Em um supercondutor, a falta de resistência vem, observou-se, do fato de que os elétrons se
ligam para formar pares de Cooper. Quando um material supercondutor é trabalhado até
tornar-se um filme granular, a superfície de pares de Cooper se divide em ilhas formando
espécies de "poças" separadas por regiões isolantes que se comportam como junções
Josephson. Os pares de Cooper individuais não podem então passar entre as ilhas a não ser
pelo efeito túnel. Muito próximo do zero absoluto, as regiões isolantes tornam-se carregadas e
tendem a se opor a qualquer passagem de corrente.
Segundo Vinokur e seus colegas, como explicam na revista Nature, quando um campo
magnético penetra no supercondutor, o fluxo magnético provoca a formação de estruturas
quantificadas, análogas aos turbilhões em um fluido, entre as quais as cargas circulam. No
caso de um superisolante, o inverso se produziria, as cargas permaneceriam fixas, mas os
turbilhões quantificados passariam de um par de Cooper a outro, bloqueando todo o transporte
de carga.
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COMPOSIÇÃO
Nitreto de titânio (TiN)
É uma cerâmica técnica utilizada geralmente sob a forma de filme de revestimento muito
fino, composto por átomos de azoto e titânio que formam estruturas cúbicas simples ou
de face centrada
Titanium nitride
Os pesquisadores estavam analisando uma película de nitreto de titânio, quando
observaram que, sendo resfriado a temperaturas criogênicas, depois de passar por uma
temperatura-limite, a resistência à passagem de uma corrente elétrica no material
bruscamente aumenta em 10.000 vezes. A mudança também ocorre quando os
pesquisadores variam um campo magnético externo.
O nitreto de titânio também é um supercondutor. Fazê-lo comportar-se como um
superisolante foi uma questão de variar a espessura da película fina feita com esse
material.
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APLICAÇÕES DOS SUPERISOLANTES
Da mesma forma que os supercondutores, os superisolantes deverão ter aplicação em
várias áreas de física, incluindo aceleradores de partículas, trens magnéticos e
equipamentos de ressonância magnética.
Outra possibilidade é a criação de sistemas de proteção que evitarão que as baterias se
descarreguem. Se deixada sem uso, a carga de uma bateria lentamente se esvai porque o
ar não é um isolante perfeito.
Tal
como
os
supercondutores,
que
têm
casta
aplicação
em
equipamentos
tecnológicos(como aceleradores de partículas, espectrómetros, comboios de levitação
magnética, etc), os superisolantes podem também ser aplicados na proteção de todos os
tipos de circuitos elétricos e eletrônicos, sensores e baterias(de forma a evitar descargas
prematuras ou curto circuitos). A encapsulação de um fio supercondutor com um material
superisolante criaria um dispositivo elétrico virtualmente perfeito com perdas de energia
por calor praticamente nulas. Versões miniaturizadas destes fios supercondutores
superizolantes poderiam conduzir ao desenvolvimento de circuitos elétricos de maior
eficiência.
"Se você passa uma corrente por um supercondutor, então ele irá transportar a corrente
para sempre; de forma inversa, se você tem um superisolante, então ele irá reter a carga
para sempre," explica o professor Valerii Vinokur.
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ESTABELECEDORES DA TEORIA CLÁSSICA
John Bardeen, Leon Cooper e J. Robert Schrieffer.
Créditos: Universidade de Warwick
Brian Josephson, Prêmio-Nobel.
Créditos: Universidade de Warwick
Refrigerador de diluição, no interior do qual o superisolante foi descoberto, depois de ser
resfriado a alguns miliKelvin.
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CONCLUSÃO
A explicação do fenômeno não é tão simples e controvérsias atuais agitam a comunidade
científica. Segundo os pesquisadores, embora numerosos progressos sejam, sem dúvida,
necessários, esse fenômeno de "superisolação" poderia permitir fabricar baterias ideais, que
não sofreriam nenhuma perda de carga, mas mesmo antes de chegarem às aplicações
práticas, eles deverão formar a base de novos campos de estudos para o entendimento dos
princípios da física da matéria condensada.
No horizonte, há a possibilidade de uma nova geração de componentes microeletrônicos,
principalmente para uso em supercomputadores.
Passa a ser possível, por exemplo, a criação de um revestimento superisolante para fios
supercondutores, uma forma para transportar energia no interior de chips com total
eficiência, sem qualquer perda na forma de calor.
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BIBLIOGRAFIA
Superinsulator and quantum synchronization
Valerii M. Vinokur, Tatyana I. Baturina, Mikhail V. Fistul, Aleksey Yu. Mironov, Mikhail R.
Baklanov, Christoph Strunk
Nature Physics
April 3
Vol.: 452, 613 - 615
DOI: 10.1038/nature06837
Site:
www.inovacaotecnologica.com.br/.../noticia.php?...materiais-superisolantes
www.spq.pt/boletim/docs/boletimSPQ_109_030_17.pdf
www. shvoong.com
www.lqes.iqm.unicamp.br/canal_científico