Pesquisadores da Technische Universitaet Muenchen (TUM) estão mostrando o caminho para o baixo custo, fabricação em escala industrial de uma nova família de dispositivos eletrônicos. Um exemplo importante é um sensor de gás que poderia ser integrado à embalagem de alimentos para medir o frescor, ou em monitores compactos de qualidade do ar sem fio. Novos tipos de células solares e transistores flexíveis também estão em desenvolvimento, bem como sensores de pressão e temperatura que podem ser integrados à pele eletrônica para aplicações robóticas ou biônicas. Todos podem ser feitos com nanotubos de carbono, pulverizado como tinta em folhas de plástico flexível ou outros substratos.

Sensores de gás baseados em nanotubos de carbono criados na TUM oferecem uma combinação única de características que não podem ser igualadas por nenhuma das tecnologias alternativas. Eles detectam rapidamente e respondem continuamente a mudanças extremamente pequenas nas concentrações de gases, incluindo amônia, dióxido de carbono, e óxido de nitrogênio. Eles operam em temperatura ambiente e consomem muito pouca energia. Além disso, como os pesquisadores do TUM relatam em seus artigos mais recentes, tais dispositivos podem ser fabricados em materiais de suporte flexíveis em grandes áreas, processos de baixo custo.

Assim, torna-se realista imaginar um invólucro de plástico para alimentos que incorpore flexível, sensores de gás descartáveis, fornecendo um indicador mais significativo de frescor dos alimentos do que a data de validade. Medindo dióxido de carbono, por exemplo, pode ajudar a prever a vida útil da carne. "Embalagem inteligente" - supondo que os consumidores considerem aceitável e que a natureza não tóxica dos dispositivos possa ser demonstrada - pode aumentar a segurança alimentar e também reduzir enormemente a quantidade de comida desperdiçada. Usado em um ambiente diferente, o mesmo tipo de sensor de gás pode tornar mais barato e prático monitorar a qualidade do ar interno em tempo real.

Não é tão fácil - mas "realmente simples"

O pesquisador de pós-doutorado Alaa Abdellah e colegas do TUM Institute for Nanoelectronics demonstraram que sensores de gás de alto desempenho podem ser, na verdade, pulverizado sobre substratos plásticos flexíveis. Com isso, eles podem ter aberto o caminho para a viabilidade comercial de sensores baseados em nanotubos de carbono e suas aplicações. "Isso é realmente simples, uma vez que você sabe como fazer, "diz o Prof. Paolo Lugli, diretor do instituto.

O bloco de construção mais básico para esta tecnologia é uma única molécula cilíndrica, uma folha enrolada de átomos de carbono que estão ligados em um padrão de favo de mel. Esse chamado nanotubo de carbono poderia ser comparado a uma mangueira de jardim inimaginavelmente longa:um tubo oco de apenas um nanômetro de diâmetro, mas talvez milhões de vezes mais longo do que largo. Nanotubos de carbono individuais exibem propriedades surpreendentes e úteis, mas, neste caso, os pesquisadores estão mais interessados ​​no que pode ser feito com eles em massa.

Disposto em filmes finos, nanotubos de carbono orientados aleatoriamente formam redes condutoras que podem servir como eletrodos; filmes padronizados e em camadas podem funcionar como sensores ou transistores. "Na verdade, "O Prof. Lugli explica, "a resistividade elétrica de tais filmes pode ser modulada por uma voltagem aplicada (para fornecer uma ação de transistor) ou pela adsorção de moléculas de gás, que por sua vez é uma assinatura da concentração de gás para aplicações de sensores. "

E como base para sensores de gás em particular, nanotubos de carbono combinam vantagens (e evitam deficiências) de materiais mais estabelecidos, como eletrônica orgânica baseada em polímero e semicondutores de óxido metálico de estado sólido. O que faltou até agora é um confiável, reproduzível, método de fabricação de baixo custo.

Deposição de spray, suplementado, se necessário, por impressão de transferência, atende a essa necessidade. Uma solução aquosa de nanotubos de carbono se parece com um frasco de tinta preta e pode ser manuseada de maneiras semelhantes. Assim, os dispositivos podem ser pulverizados - a partir de um bocal robótico controlado por computador - em praticamente qualquer tipo de substrato, incluindo folhas de plástico flexível de grandes áreas. Não há necessidade de instalações caras de sala limpa.

"Para nós, era importante desenvolver uma plataforma de tecnologia facilmente escalável para a fabricação de eletrônicos flexíveis e impressos em grandes áreas com base em semicondutores orgânicos e nanomateriais, "Dr. Abdellah diz." Para esse fim, a deposição de spray forma o núcleo de nossa tecnologia de processamento. "

Os desafios técnicos restantes surgem em grande parte dos requisitos específicos da aplicação, como a necessidade de sensores de gás serem seletivos e sensíveis.