Tecnologia Científica

Eletrônicos fáceis de fazer e com potência ultrabaixa podem ser carregados do nada
A abordagem abre caminho para a eletrônica impressa de baixo custo que pode ser perfeitamente incorporada em objetos e ambientes do dia a dia.
Por Cambridge - 13/10/2020


Impressão artística de um transistor CNT impresso com base nanodielétrica híbrida - Crédito: Luis Portilla

Os pesquisadores desenvolveram uma nova abordagem para a eletrônica impressa que permite dispositivos eletrônicos de ultra-baixa potência que podem recarregar a partir da luz ambiente ou ruído de radiofrequência. A abordagem abre caminho para a eletrônica impressa de baixo custo que pode ser perfeitamente incorporada em objetos e ambientes do dia a dia.

Eletrônicos que consomem pequenas quantidades de energia são fundamentais para o desenvolvimento da Internet das Coisas, na qual objetos do cotidiano são conectados à Internet. Muitas tecnologias emergentes, de wearables a dispositivos de saúde a casas e cidades inteligentes, precisam de transistores e circuitos eletrônicos econômicos que possam funcionar com o mínimo de uso de energia.

A eletrônica impressa é uma maneira simples e barata de fabricar eletrônicos que podem abrir caminho para dispositivos eletrônicos de baixo custo em substratos não convencionais - como roupas, filme plástico ou papel - e fornecer 'inteligência' aos objetos do dia-a-dia.

No entanto, esses dispositivos precisam operar com baixo consumo de energia e energia para serem úteis em aplicações do mundo real. Embora as técnicas de impressão tenham avançado consideravelmente, o consumo de energia continuou sendo um desafio - as diferentes soluções disponíveis eram muito complexas para a produção comercial.

Agora, pesquisadores da Universidade de Cambridge, trabalhando com colaboradores da China e da Arábia Saudita, desenvolveram uma abordagem para a eletrônica impressa que poderia ser usada para fazer dispositivos de baixo custo que recarregam do nada. Até mesmo os sinais de rádio do ambiente que nos rodeiam seriam suficientes para alimentá-los. Seus resultados são publicados na revista ACS Nano .

Como as baterias comerciais que alimentam muitos dispositivos têm vida útil limitada e impactos ambientais negativos, os pesquisadores estão desenvolvendo eletrônicos que podem operar de forma autônoma com níveis ultrabaixos de energia.

A tecnologia desenvolvida pelos pesquisadores oferece circuitos eletrônicos de alto desempenho baseados em transistores de película fina que são 'ambipolares', pois usam apenas um material semicondutor para transportar cargas elétricas negativas e positivas em seus canais, em uma região de operação chamada 'deep subliminar '- uma frase que essencialmente significa que os transistores são operados em uma região que é convencionalmente considerada como seu estado' desligado '. A equipe cunhou a frase 'ambipolar de sublimiar profundo' para se referir a voltagens de operação ultrabaixas e níveis de consumo de energia sem precedentes.

Se os circuitos eletrônicos feitos desses dispositivos fossem alimentados por uma bateria AA padrão, os pesquisadores dizem que seria possível que funcionassem por milhões de anos ininterruptos.

A equipe, que incluiu pesquisadores da Soochow University, da Chinese Academy of Sciences, da ShanghaiTech University e da King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), usou nanotubos de carbono impressos - cilindros ultrafinos de carbono - como um semicondutor ambipolar para atingir o resultado.

“Graças à abordagem ambipolar de sublimiar profundo, criamos eletrônicos impressos que atendem aos requisitos de energia e voltagem de aplicações do mundo real e abrimos oportunidades para dispositivos de sensoriamento remoto e 'coloque e esqueça' que podem operar sem baterias para todo o seu vitalícia ”, disse o coautor Luigi Occhipinti, do Departamento de Engenharia de Cambridge. “Crucialmente, nossos eletrônicos impressos de ultra-baixo consumo de energia são simples e econômicos de fabricar e superar obstáculos de longa data no campo.”

“Nossa abordagem à eletrônica impressa poderia ser ampliada para fazer dispositivos baratos sem bateria que poderiam coletar energia do ambiente, como a luz do sol ou ondas eletromagnéticas onipresentes, como aquelas criadas por nossos telefones celulares e estações wi-fi”, disse o co-líder autor Professor Vincenzo Pecunia da Soochow University. Pecunia é ex-estudante de doutorado e pesquisadora de pós-doutorado no Laboratório Cavendish de Cambridge.

O trabalho abre caminho para uma nova geração de eletrônicos autoalimentados para aplicações biomédicas, casas inteligentes, monitoramento de infraestrutura e o ecossistema de dispositivos da Internet das Coisas em crescimento exponencial.

A pesquisa foi financiada em parte pelo Conselho de Pesquisa em Ciências Físicas e Engenharia (EPSRC).

 

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