Novo material reduz o custo de smartphones

21st December 2015
Source: Penn State
Posted By : Enaie Azambuja
Novo material reduz o custo de smartphones

Quando o assunto é a tela de smartphones, tablets e televisores, um material de construção domina o mercado: o óxido de índio-estanho (ITO). Ele tem sido utilizado nos últimos 60 anos e é o componente-chave de mais de 90% de todas as telas. Mas um competidor em potencial foi descoberto, o qual é muito mais transparente e altamente condutor. A descoberta foi detalhada em um artigo no periódico Nature Materials.

Ao contrário de muitos chips processadores e dispositivos de armazenamento de memória, o custo da fabricação de telas mais sensíveis ao toque e à prova de quebra tem aumentado progressivamente ao longo do tempo, e o ITO tem sido o material melhor adaptado para estas funções. É fácil de ser fabricado, fácil de modelar, conduz eletricidade de maneira muito eficiente e possui propriedades ópticas excelentes. Infelizmente, o seu preço disparou nos últimos 10 anos, o que significa que há espaço para competidores – nenhum, no entanto, desafiou a dominância do ITO no mercado.

Para este estudo, o grupo de pesquisadores, liderados por Roman Engel-Herbert, um professor assistente do Departamento de Engenharia e Ciência dos Materiais da Universidade Estadual da Pensilvânia, observou o problema por um ângulo diferente. O grupo de pesquisa teve como objetivo criar um novo material que fornecesse as mesmas propriedades do ITO, mas utilizando materiais mais acessíveis de modo a produzir uma variante de baixo custo.

Primeiramente, os pesquisadores produziram filmes incrivelmente finos (10 nanômetros) feitos de dois tipos de componentes metálicos incomuns – vanadato de estrôncio e vanadato de cálcio. A maioria dos metais, tais como o ouro e a prata, conduzem eletricidade ao conduzirem cargas com o uso de elétrons exteriores de seus átomos metálicos; estes são capazes de se movimentar livremente através da estrutura do material.

Mas os dois metais usados no estudo - conhecidos como metais correlatos – comportam-se de modo diferente, conduzindo eletricidade por meio de um "buraco" dentro da estrutura. Este buraco é uma zona de carga positiva, não um buraco físico; isto encoraja os elétrons a o atravessarem, permitindo a condução da eletricidade, que flui como um líquido. Esta condução elétrica eficaz é um requisito necessário de todas as telas digitais contemporâneas.

Quando combinados com oxigênio, esses metais também demonstram propriedades ópticas notáveis, permitindo com que uma gama impressionante de comprimentos de ondas de luz penetrem neles, de infravermelhos de baixa energia a ultravioletas de alta energia. Essencialmente, são transparentes em uma variada gama de cores de luz, tornando-os ideais para o uso em telas de smartphones.

Atualmente, o índio custa £500 ($750) por quilograma. Ele já é um elemento raro na crosta terrestre, uma consequência do seu alto consumo e esgotamento nas últimas seis décadas. O estrôncio, o cálcio e o vanádio – elementos dos componentes dos metais correlatos utilizados no estudo – são muito mais abundantes. O vanádio, por exemplo, é vendido por apenas £17 ($25); o estrôncio é ainda mais barato.

“Nossos metais correlatos funcionam muito bem se comparados ao ITO,” afirmou Engel-Herbert. “Agora, a questão é como aprimorar esses novos materiais dentro de um processo de fabricação em larga escala. De acordo com o nosso entendimento atual, não há razão para acreditar que o vanadato de estrôncio não possa substituir o ITO para o mesmo equipamento atualmente usado na indústria.”


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