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Dispositivos eletrônicos flexíveis a partir de nanotubos de carbono
Os dispositivos eletrônicos flexíveis vieram para revolucionar a tecnologia e deixar os consumidores frenéticos, não é mesmo? Dispositivos com esta interessante característica são feitos através da substituição dos chips rígidos de silício por materiais flexíveis, tais como os nanotubos de carbono.
Os nanotubos de carbono são pertencentes à família dos fulerenos, que são formas alotrópicas do carbono (para saber mais sobre alotropia, clique aqui). Este material, como seu nome sugere, tem escala nanométrica e formato cilíndrico, apresentando a mais alta relação comprimento/diâmetro conhecida, que é próxima a 132.000.000. Os nanotubos têm uma parede composta por grafeno, podendo ser classificados como SWNT (single-walled nanotube) ou MWNT (multi-walled nanotube), como mostra a Figura 1. Os primeiros têm a parede composta por uma única folha de grafeno, enquanto os segundos são compostos por alguns tubos de grafeno concêntricos. Os nanotubos de carbono apresentam excelente condutividade térmica e propriedades mecânicas e elétricas elevadas, as quais são intrínsecas ao grafeno, como já mencionamos em outra publicação. Desse modo, esses filamentos ultrafinos têm resistência suficiente para suportar o desgaste e o dobramento, fenômenos a que os dispositivos flexíveis são comumente submetidos.
Figura 1 – Nanotubos de carbono contendo a) uma parede de grafeno ou b) mais de um tubo de grafeno concêntrico. Adaptado de “Carbon Nanotube – Wikipedia”
Os SWNT são a classe de nanotubos utilizada para a fabricação de dispositivos eletrônicos flexíveis, considerando sua elevada mobilidade de portadores de carga, excelente flexibilidade e também sua facilidade em ser manufaturado por processos de custo não muito elevado, como por exemplo a impressão. No entanto, trabalhar com nanotubos é desafiador, considerando que estes materiais não são tão confiáveis quanto o silício no que diz respeito ao desempenho eletrônico, já que são menos tolerantes a oscilações de energia no circuito. Além disso, consomem mais energia. Pensando nisso, pesquisadores da Universidade de Stanford estudaram uma maneira de melhorar as características eletrônicas dos nanotubos. Para isso, os pesquisadores doparam os filamentos de carbono com um aditivo denominado DMBI (dimetil-dihidro-benzimidazol) em locais específicos ao longo do circuito. Com isso, os cientistas conseguiram aumentar o efeito tipo N em nanotubos, que são semicondutores predominantemente de tipo P, e assim melhorar a eficiência energética e confiabilidade desses materiais para a aplicação. A Figura 2 mostra o circuito flexível desenvolvido pela equipe de Stanford.
Figura 2 -Circuito flexível contendo nanotubos de carbono. Fonte: Bao Lab / Stanford Engineering
Ainda que plásticos como poliimida, poliéster condutor ou poli(éter-éter-cetona) sejam no período atual os principais materiais comercialmente utilizados para a fabricação de eletrônicos flexíveis, Bao, da equipe de Stanford, afirma que “os nanotubos oferecem os melhores atributos físicos e eletrônicos a longo prazo”. Assim, o pesquisador acredita que os SWNT venham a ser o futuro da eletrônica flexível, uma vez que têm melhor desempenho do que os plásticos.
Referências:
WANG, H. et al. Tuning the threshold voltage of carbon nanotube transistors by n-type molecular doping for robust and flexible complementary circuits. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 111, n. 13, p. 4776-4781, 2014;
Stanford engineers make flexible carbon nanotube circuits more reliable and efficient;