Pesquisadores da Tufts desenvolvem método de nanofabricação ecológico usando água como solvente



Pesquisadores da Tufts desenvolvem método de nanofabricação ecológico usando água como solvente

Colocar 50 bilhões de transistores em um microchip do tamanho de uma unha é um feito que requer métodos de fabricação com precisão nanométrica: camadas de películas finas, depois gravação, depósito ou uso de fotolitografia para criar os padrões de semicondutores, isolantes, metais e outros materiais que compõem os minúsculos dispositivos funcionais dentro do chip.

O processo depende muito de solventes que transportam e depositam materiais em cada camada; solventes que podem ser difíceis de manusear e tóxicos para o meio ambiente.

Agora, pesquisadores liderados por Fiorenzo Omenetto, Frank C. Doble Professor de Engenharia na Tufts College, desenvolveram uma abordagem de nanofabricação que usa água como solvente primário, tornando-a mais compatível com o meio ambiente e abrindo as portas para o desenvolvimento de dispositivos que combinam materiais inorgânicos e biológicos. A pesquisa é relatada no periódico Natureza Nanotecnologia.

O desafio em usar água como solvente é que os materiais com os quais ela entra em contato durante a fabricação são frequentemente hidrofóbicos, o que significa que repelem água. Semelhante à forma como a água forma gotas em um carro bem encerado, a superfície de uma pastilha de silício ou outro materials pode resistir a ser revestida uniformemente com um materials à base de água.

Omenetto e sua equipe no Silklab da Universidade Tufts descobriram que o bloco de construção proteico da seda comum, chamado fibroína da seda, pode aumentar significativamente a capacidade da água de cobrir uniformemente praticamente qualquer superfície, dependendo da quantidade de fibroína adicionada.

Outros surfactantes que alteram as propriedades da água são usados ​​na produção comercial para resolver esse problema, mas a fibroína de seda pode ser usada em quantidades significativamente menores, produz resultados de qualidade superior e é biológica e ambientalmente correta.

Isso abre uma grande oportunidade na fabricação de dispositivos,” disse Omenetto. “Não só é possível depositar materiais solúveis em água e metais em silício, mas em todos os tipos de polímeros. Podemos até depositar e imprimir moléculas biológicas em praticamente qualquer superfície com precisão nanométrica.”

Omenetto e sua equipe demonstraram essa capacidade em estudos anteriores, criando um transistor híbrido de silício-biológico que pode responder ao ambiente, fazer a transição entre o processamento digital e analógico e pode até ser um precursor de dispositivos neuromórficos (semelhantes ao cérebro).

Moléculas biológicas têm sido usadas em combinação com a eletrônica para detectar glicose no sangue, anticorpos que indicam infecção e fragmentos de DNA para identificar mutações, por exemplo, mas integrá-las em dispositivos nanomateriais comuns, como microchips, pode permitir o design da próxima geração de biossensores e processadores que respondem à saúde e ao meio ambiente.

Os nanodispositivos demonstrados no estudo atual usando processamento à base de água incluem muitos componentes que são amplamente utilizados hoje em computadores, smartphones, células solares e outras tecnologias:

  • Transistores de óxido de índio, gálio e zinco usados ​​principalmente em tecnologias de exibição, eletrônica flexível, detecção de imagem e telas sensíveis ao toque
  • Isoladores de óxido de alumínio usados ​​em transistores para controlar o fluxo de elétrons
  • Películas de óxido de níquel usadas em filtros ópticos, células solares e shows transparentes, e
  • Películas de perovskita usadas em células solares de alta eficiência, diodos emissores de luz, detectores de luz, lasers e armazenamento de memória

O desempenho desses componentes correspondeu ao de seus equivalentes desenvolvidos comercialmente. De fato, a fabricação à base de água de microchips e outros nanodispositivos pode ser facilmente substituída no processo de fabricação atual.

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