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– Os dispositivos da próxima geração fabricados com o novo método “descascar e empilhar” podem incluir chips eletrônicos usados na pele.
Cortesia do MIT por Jennifer Chu: No coração de qualquer dispositivo eletrônico está um chip de computador duro e frio, coberto por uma cidade em miniatura de transistores e outros elementos semicondutores. Como os chips de computador são rígidos, os dispositivos eletrônicos que eles alimentam, como nossos smartphones, laptops, relógios e televisões, são igualmente inflexíveis. Agora, um processo desenvolvido pelos engenheiros do MIT pode ser a chave para a fabricação de eletrônicos flexíveis com múltiplas funcionalidades, de maneira econômica.
O processo é chamado de “epitaxia remota” e envolve o crescimento de filmes finos de material semicondutor em uma bolacha grande e grossa do mesmo material, coberta por uma camada intermediária de grafeno. Depois que os pesquisadores cultivam um filme semicondutor, eles podem removê-lo da bolacha coberta de grafeno e reutilizá-la, o que pode ser caro dependendo do tipo de material de que é feito. Dessa maneira, a equipe pode copiar e remover qualquer número de filmes semicondutores finos e flexíveis, usando a mesma bolacha subjacente.
Em um artigo publicado na revista Nature, os pesquisadores demonstram que podem usar epitaxia remota para produzir filmes independentes de qualquer material funcional. Mais importante, eles podem empilhar filmes feitos com esses diferentes materiais, para produzir dispositivos eletrônicos flexíveis e multifuncionais.
Os pesquisadores esperam que o processo possa ser usado para produzir filmes eletrônicos elásticos para uma ampla variedade de usos, incluindo lentes de contato ativadas por realidade virtual, peles movidas a energia solar que se moldam aos contornos do seu carro, tecidos eletrônicos que respondem ao clima, e outros eletrônicos flexíveis que até agora pareciam ser o material dos filmes da Marvel.
“Você pode usar essa técnica para misturar e combinar qualquer material semicondutor para ter a funcionalidade do novo dispositivo, em um chip flexível“, diz Jeehwan Kim, professor associado de engenharia mecânica do MIT. “Você pode fabricar eletrônicos de qualquer forma.”
Descasque e empilhe – eletrônicos flexíveis
A equipe usou seu processo recém-ajustado para fazer filmes a partir de múltiplos materiais complexos de óxido, descolando cada camada fina de 100 nanômetros conforme foi feita. Eles também foram capazes de empilhar camadas de diferentes materiais complexos de óxido e colá-los efetivamente, aquecendo-os levemente, produzindo um dispositivo flexível e multifuncional.
“Esta é a primeira demonstração de empilhamento de múltiplas membranas finas como nanômetros, como blocos LEGO, o que foi impossível porque todos os materiais eletrônicos funcionais existem em uma forma de bolacha espessa”, diz Kim.
Em um experimento, a equipe empilhou filmes de dois óxidos complexos diferentes: ferrita de cobalto, conhecida por se expandir na presença de um campo magnético, e PMN-PT, um material que gera tensão quando esticado. Quando os pesquisadores expuseram o filme multicamada a um campo magnético, as duas camadas trabalharam juntas para expandir e produzir uma pequena corrente elétrica.
Os resultados demonstram que a epitaxia remota pode ser usada para fabricar eletrônicos flexíveis a partir de uma combinação de materiais com diferentes funcionalidades, que antes eram difíceis de combinar em um dispositivo. No caso de ferrita de cobalto e PMN-PT, cada material possui um padrão cristalino diferente. Kim diz que as técnicas tradicionais de epitaxia, que cultivam materiais a altas temperaturas em uma bolacha, só podem combinar materiais se seus padrões cristalinos coincidirem. Ele diz que, com epitaxia remota, os pesquisadores podem fazer vários filmes diferentes, usando bolachas diferentes e reutilizáveis, e depois empilhá-las, independentemente do padrão cristalino.
“A grande figura deste trabalho é que você pode combinar materiais totalmente diferentes em um só lugar”, diz Kim. “Agora você pode imaginar um dispositivo fino e flexível feito de camadas que incluem um sensor, sistema de computação, bateria, célula solar, para que você possa ter um chip empilhado flexível, auto-alimentado e com a Internet das Coisas.”
A equipe está explorando várias combinações de filmes semicondutores e está trabalhando no desenvolvimento de protótipos, como algo que Kim está chamando de “tatuagem eletrônica” – um chip flexível e transparente que pode se conectar e se adaptar ao corpo de uma pessoa para detectar e transmitir sem fio sinais vitais como temperatura e pulso.
“Agora podemos fabricar eletrônicos finos, flexíveis e vestíveis com a mais alta funcionalidade”, diz Kim. “Apenas descasque e empilhe.”
A pesquisa foi resultado de uma estreita colaboração entre os pesquisadores do MIT e da Universidade de Wisconsin em Madison, apoiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa.
Os co-autores de Kim incluem Hyun S.Kum, Sungkyu Kim, Wei Kong, Kuan Qiao, Peng Chen, Jaewoo Shim, Sang-Hoon Bae, Chanyeol Choi, Luigi Ranno, Seungju Seo, Sangho Lee, Jackson Bauer e Caroline Ross do MIT , juntamente com colaboradores da Universidade de Wisconsin em Madison, Universidade de Cornell, Universidade da Virgínia, Universidade Penn State, Universidade Sun Yat-Sen e Instituto de Pesquisa em Energia Atômica da Coréia.
Fonte: MIT
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