Um estudo, liderado por pesquisadores do Imperial College London e do Politecnico di Torino, revela os mecanismos físicos responsáveis pelo transporte de eletricidade em materiais bidimensionais (2D) impressos.
O trabalho identifica quais propriedades de filmes de materiais 2D precisam ser ajustadas para fazer dispositivos eletrônicos sob encomenda, permitindo o design racional de uma nova classe de eletrônicos flexíveis e impressos de alto desempenho.
Os chips de silício são os componentes que alimentam a maior parte de nossos eletrônicos, de rastreadores de condicionamento físico a smartphones. No entanto, sua natureza rígida limita seu uso em eletrônica flexível. Feito de camadas de um átomo de espessura, os materiais 2D podem ser dispersos em solução e formulados em tintas imprimíveis, produzindo filmes ultrafinos que são extremamente flexíveis, semitransparentes e com novas propriedades eletrônicas.
Isso abre a possibilidade de novos tipos de dispositivos, como aqueles que podem ser integrados ao corpo humano em materiais flexíveis e extensíveis, como roupas, papel ou até mesmo tecidos.
Anteriormente, os pesquisadores construíram vários dispositivos eletrônicos flexíveis a partir de tintas de material 2D impressas, mas estes foram componentes únicos de ‘prova de conceito’, construídos para mostrar como uma propriedade particular, como alta mobilidade de elétrons, detecção de luz ou carga o armazenamento pode ser realizado.
No entanto, sem saber quais parâmetros controlar para projetar dispositivos de material 2D impresso, seu uso generalizado foi limitado. Agora, a equipe de pesquisa internacional estudou como a carga eletrônica é transportada em vários filmes impressos a jato de tinta de materiais 2D, mostrando como ela é controlada por mudanças de temperatura, campo magnético e campo elétrico.
A equipe investigou três tipos típicos de materiais 2D: grafeno (um ‘semimetal’ construído a partir de uma única camada de átomos de carbono), dissulfeto de molibdênio (ou MoS2, um ‘semicondutor’) e carboneto de titânio MXene (ou Ti3C2, um metal) e mapeado como o comportamento do transporte de carga elétrica mudou sob essas diferentes condições.
O pesquisador principal, Dr. Felice Torrisi, do Departamento de Química do Imperial, disse: “Nossos resultados têm um grande impacto na maneira como entendemos o transporte através de redes de materiais bidimensionais, permitindo não apenas o design controlado e a engenharia de impressos futuros eletrônica baseada em materiais 2D, mas também novos tipos de dispositivos eletrônicos flexíveis.
“Por exemplo, nosso trabalho abre o caminho para dispositivos vestíveis confiáveis adequados para aplicações biomédicas, como o monitoramento remoto de pacientes ou dispositivos bioimplantáveis para monitoramento de longo prazo de doenças degenerativas ou processos de cura.”
Esses futuros dispositivos podem um dia substituir procedimentos invasivos, como o implante de eletrodos cerebrais para monitorar condições degenerativas que afetam o sistema nervoso. Eletrodos podem ser implantados apenas temporariamente e são desconfortáveis para o paciente, enquanto um dispositivo flexível feito de materiais 2D biocompatíveis poderia ser integrado ao cérebro e fornecer monitoramento constante.
Outras aplicações potenciais de saúde incluem dispositivos vestíveis para monitoramento de saúde – dispositivos como relógios de fitness, mas mais integrados com o corpo, fornecendo dados suficientemente precisos para permitir que os médicos monitorem os pacientes sem trazê-los ao hospital para exames.
As relações que a equipe descobriu entre o tipo de material 2D e os controles no transporte de carga elétrica ajudarão outros pesquisadores a projetar dispositivos de material 2D flexíveis e impressos com as propriedades que desejam, com base em como precisam da carga elétrica para agir.
Eles também podem revelar como projetar tipos inteiramente novos de componentes elétricos impossíveis com o uso de chips de silício, como componentes transparentes ou que modificam e transmitem luz de novas maneiras.
O coautor, Professor Renato Gonnelli, do Politecnico di Torino, Itália, disse: “A compreensão fundamental de como os elétrons são transportados através de redes de materiais 2D fundamenta a maneira como fabricamos componentes eletrônicos impressos. Identificando os mecanismos responsáveis por esse transporte eletrônico , seremos capazes de alcançar o design ideal de eletrônicos impressos de alto desempenho. ”
O co-primeiro autor Adrees Arbab, do Cambridge Graphene Center e do Departamento de Química do Imperial, disse: “Além disso, nosso estudo poderia desencadear os novos dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos explorando as propriedades inovadoras do grafeno e outros materiais 2D, como incrivelmente alta mobilidade, transparência óptica e resistência mecânica.”
Publicado em 22/12/2021 07h50
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