Eletrônica impressa
Uma descoberta em ciência básica trouxe para mais próximo da realidade o projeto de passar dos componentes eletrônicos rígidos e duros, implantados sobre placas de circuito impresso igualmente rígidas, para uma eletrônica fina e maleável, que possa ser fabricada por impressão sobre substratos flexíveis, de modo muito parecido com a impressão de um jornal ou revista.
Já existem inúmeros protótipos dessa eletrônica de imprimir, baseados sobretudo em componentes eletrônicos orgânicos, mas seu uso disseminado tropeça em uma dificuldade crucial: A descoberta e o desenvolvimento de materiais adequados têm sido largamente um processo de tentativa e erro.
Tian Carey e colegas da Universidade Trinity de Dublin, na Irlanda, agora descobriram como prever o comportamento de um material conforme ele ganha maleabilidade, ao ser reduzido a poucas camadas atômicas de espessura, o que já lhes permitiu identificar diversos materiais adequados para uso prático na eletrônica flexível.
Ninguém sabia até agora por que alguns materiais em camadas, ou materiais de van der Waals, se esfoliam eletroquimicamente para formar nanochapas, enquanto outros falham completamente. A esfoliação eletroquímica utiliza uma corrente elétrica para forçar íons a penetrarem nas camadas de um material sólido, enfraquecendo as forças que mantêm sua forma e fazendo com que o material forme finas estruturas em 2D, algumas das quais têm inúmeras aplicações.
“Como nunca houve meios de prever quais materiais se comportariam dessa maneira e produziriam nanochapas com as propriedades necessárias para viabilizar diversas aplicações, apenas alguns materiais 2D foram processados em redes de transistores 2D impressos,” explicou Carey.
Ciência fundamental
A descoberta chave de Carey é que a diferença entre obter nanocamadas monoatômicas perfeitas, ou apenas reduzir o material a cacos, reside em garantir que a rigidez no plano seja maior do que a rigidez fora do plano.
O que está em jogo aqui são as medições da resistência do material à deformação quando submetido à pressão de diferentes perspectivas: No plano refere-se à força aplicada ao longo do material, enquanto fora do plano refere-se à aplicação da força na perpendicular.
De posse dessa informação básica, mas crucial, Carey elaborou uma estrutura preditiva que identifica os limiares de rigidez necessários para a esfoliação adequada de diferentes materiais.
“Demonstramos que podemos desbloquear dezenas de novos semicondutores 2D. Já fabricamos transistores impressos de última geração com mais de 10 novos materiais, possibilitando a criação de novos circuitos pela primeira vez. Entre eles, estão conversores digital-analógico impressos e circuitos de comunicação BASK [Chaveamento Binário por Deslocamento de Amplitude], capazes de codificar mensagens digitais em sinais de alta frequência, os blocos de construção fundamentais da computação moderna,” contou o pesquisador.
O próximo passo será usar os novos materiais bidimensionais para fabricar transistores de efeito de campo (FETs) e usá-los para construir circuitos práticos de demonstração, abrindo caminho para uso da nova tecnologia pela indústria.
Bibliografia:
Artigo: Electronic properties and circuit applications of networks of electrochemically exfoliated 2D nanosheets
Autores: Tian Carey, Kevin Synnatschke, Goutam Ghosh, Luca Anzi, Eoin Caffrey, Emmet Coleman, Changpeng Lin, Anthony Dawson, Shixin Liu, Rebekah Wells, Mark McCrystall, Jan Plutnar, Iva Plutnarová, Joseph Neilson, Nicola Marzari, Laurens D. A. Siebbeles, Roman Sordan, Zdenek Sofer, Jonathan N. Coleman
Revista: Nature Communications
Vol.: 16, Article number: 9038
DOI: 10.1038/s41467-025-64100-y