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Não parece, mas isso pode ser um motor de dois tempos.

Os novinhos não se lembram, mas houve uma época em que as motos — e até alguns carros, como o DKW — eram movidos pelos fumacentos e barulhentos motores de dois tempos. Mas esta velha tecnologia que remonta ao fim do século XIX acaba de ser miniaturizada e entrar no século XXI.

Para os novinhos (e velhinhos) que não se lembram dele, o motor de dois tempos é uma máquina de combustão interna formada basicamente por um pistão e uma câmara de combustão ou cilindro. Pode haver um ou mais cilindros, mas geralmente esses motores são monocilíndricos.

A diferença para o motor de quatro tempos é que os ciclos de admissão, compressão, explosão e exaustão não são bem delimitados por causa da ausência de válvulas. Na animação a seguir, é possível notar que a mistura ar/combustível (em verde) entra pelo cárter e é admitida por uma janela. A compressão é intensa e a explosão é instantânea. Os produtos da exaustão (cinza) são empurrados para fora do cilindro pela admissão de mais combustível. Como não há espaço para óleo no cárter, é preciso misturá-lo com o combustível para garantir a lubrificação.

 

Por sua simplicidade de construção — são poucas as peças móveis —, o motor de dois tempos ainda vive em aplicações portáteis, que precisam de motores pequenos e leves, como aeromodelos e cortadores de grama. Mas seria possível reduzir ainda mais um motor de dois tempos?

Em artigo recém-publicado na Nano Letters, um grupo de pesquisa do Graphene Research Center, da National University de Cingapura, relata a construção do primeiro motor de nanoescala similar a um motor de combustão interna. Liderado por Jong Hak Lee, o grupo criou um motorzinho minúsculo com uma camada de grafeno de um átomo de espessura.

Evidentemente, há diferenças em relação a um motor de dois tempos macroscópico. Não dá pra fazer uma câmara de combustão, um pistão e uma vela de ignição com uma camada tão tênue de grafeno. Embora não haja combustão alguma, há semelhanças. O próprio grafeno funciona tanto como um pistão quanto como “combustível” e um raio laser faz as vezes de vela. Como num motor de dois tempos clássico, é necessário misturar um “lubrificante” ao combustível/pistão para haver um bom funcionamento.

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À esq.: malha de grafeno “lubrificada” com ClF3. À dir.: a bolha pistão em pleno funcionamento. [Imagem: Lee et. al.]

No caso do nanomotor, esse funcionamento também é simples: quando o laser atinge o grafeno, este se aquece e se expande, formando uma bolha; quando o laser apaga, a bolha murcha. Acendendo e apagando o laser ciclicamente, temos um movimento semelhante ao de um pistão. Nesse caso, os dois tempos são bem definidos: o tempo aceso e o apagado.

Mas se não tem atrito nem câmara de combustão, pra que serve o “lubrificante” nesse caso? Pra evitar que o motorzinho de grafeno funda — ou melhor, estoure. Apesar de minúsculo, o nanomotor de grafeno sofre pressões de até 1 milhão Pa, várias vezes maior que a pressão do interior de um pneu. Essa pressão varia de acordo com a potência do laser. Quanto mais potente o laser, mais cresce a bolha. Os pesquisadores de Cingapura observaram que um laser de 0,32mW [microWatt] resulta numa bolha de 550 nanômetros. Mas um laser com mais de 8,5mW gera uma pressão tão grande que a nanobolha estoura.

Para minimizar esse efeito, Lee e seus colegas adicionaram moléculas de trifluoreto de cloro (ClF3) à malha de grafeno. As moléculas de ClF3 são atraídas por átomos de carbono por ligações iônicas. Quando o laser é ligado, essas ligações são quebradas e o grafeno pode se expandir à vontade. Quando o laser é desligado, as moléculas de ClF3 são reabsorvidas pelo grafeno, diminuindo a pressão e fazendo a bolha murchar.

Nos testes feitos, ficou demonstrado que o motor de grafeno é bastante confiável: nenhum sinal de degradação foi observado após 10 mil ciclos. A eficiência energética também foi considerada bastante satisfatória. Segundo o professor Lee, uma aplicação simples para esse nanomotor de dois tempos seria como bomba para nanofluidos. Futuramente, ele poderia ser usado em nanorrobôs ou outras nanomáquinas.

Referência

rb2_large_gray25Jong Hak Lee, et al. "Nanometer Thick Elastic Graphene Engine." Nano Letters, 2014, 14 (5), pp 2677–2680. DOI: 10.1021/nl500568d

 

 

[via Phys.org]

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