Embora telas sensíveis ao toque sejam práticas, telas sem toque seriam ainda mais. Isso é porque, apesar dos ecrãs tácteis terem permitido o avanço do smartphone nas nossas vidas e serem essenciais para podermos usar caixas multibanco ou máquinas de bilhetes, eles têm certas desvantagens. As telas sensíveis ao toque sofrem desgaste mecânico ao longo do tempo e são uma via de transmissão de bactérias e vírus. Para evitar esses problemas, cientistas do Instituto Max Planck de Pesquisa do Estado Sólido de Stuttgart e da LMU Munique desenvolveram agora nanoestruturas que mudam suas propriedades elétricas e até mesmo ópticas assim que um dedo chega perto delas.

Uma tela sem toque pode ser capaz de capitalizar uma característica humana de vital importância, embora às vezes indesejado:Este é o fato de que nosso corpo transpira - e está constantemente emitindo moléculas de água através de minúsculos poros da pele. Cientistas do grupo de Nanoquímica liderado por Bettina Lotsch no Instituto Max Planck para Pesquisa de Estado Sólido em Stuttgart e no LMU Munique agora podem visualizar a transpiração de um dedo com um sensor de umidade especial que reage assim que um objeto - como um dedo indicador - se aproxima de sua superfície, sem tocá-lo. O aumento da umidade é convertido em um sinal elétrico ou traduzido em uma mudança de cor, permitindo assim que seja medido.

O ácido fosfatoantimônico é o que lhe permite fazer isso. Este ácido é um sólido cristalino à temperatura ambiente com uma estrutura feita de antimônio, fósforo, átomos de oxigênio e hidrogênio. "Os cientistas sabem há muito tempo que este material é capaz de absorver água e incha consideravelmente no processo, "explicou Pirmin Ganter, estudante de doutorado no Instituto Max Planck para Pesquisa do Estado Sólido e no Departamento de Química da LMU Munique. Essa absorção de água também altera as propriedades do material. Por exemplo, sua condutividade elétrica aumenta à medida que aumenta o número de moléculas de água armazenadas. Isso é o que permite que ele sirva como uma medida de umidade ambiente.

Uma estrutura de nanomaterial sanduíche exposta à umidade também muda sua cor

Contudo, os cientistas não estão tão interessados ​​em desenvolver um novo sensor de umidade. O que eles realmente querem é usá-lo em telas sem toque. "Como esses sensores reagem de maneira local a qualquer aumento de umidade, é perfeitamente concebível que este tipo de material com propriedades dependentes de umidade também possa ser usado para monitores e telas sem toque, ", disse Ganter. Telas sem toque desse tipo exigiriam nada mais do que um dedo para chegar perto da tela e alterar suas propriedades elétricas ou ópticas - e com elas o sinal de entrada - em um ponto específico da tela.

Tomando nanofolhas de fosfatoantimonato como base, os cientistas de Stuttgart desenvolveram uma nanoestrutura fotônica que reage à umidade mudando de cor. "Se isso fosse integrado a um monitor, os usuários receberiam um feedback visível sobre o movimento do dedo ", explicou Katalin Szendrei, também estudante de doutorado no grupo de Bettina Lotsch. Para este fim, os cientistas criaram um material sanduíche de multicamadas com camadas alternadas de nanofolhas de fosfatoantimonato ultrafinas e dióxido de silício (SiO2) ou nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2). Compreendendo mais de dez camadas, a pilha finalmente atingiu uma altura de pouco mais de um milionésimo de metro.

Por uma coisa, a cor do material em sanduíche pode ser definida por meio da espessura das camadas. E por outro, a cor do sanduíche muda se os cientistas aumentarem a umidade relativa nas imediações do material, por exemplo, movendo um dedo em direção à tela. "A razão para isso está no armazenamento de moléculas de água entre as camadas de fosfatoantimonato, o que faz as camadas incharem consideravelmente, "explicou Katalin Szendrei." Uma mudança na espessura das camadas neste processo é acompanhada por uma mudança na cor do sensor - produzido de forma semelhante ao que dá cor a uma asa de borboleta ou em madrepérola. "

O material reage à mudança de umidade em alguns milissegundos

Esta é uma propriedade fundamentalmente bem conhecida e característica dos chamados cristais fotônicos. Mas os cientistas nunca haviam observado uma mudança de cor tão grande como agora no laboratório em Stuttgart. "A cor da nanoestrutura muda de azul para vermelho quando um dedo se aproxima, por exemplo. Desta maneira, a cor pode ser ajustada em todo o espectro visível, dependendo da quantidade de vapor de água absorvido, "enfatizou Bettina Lotsch.

A nova abordagem dos cientistas não é apenas cativante por causa da surpreendente mudança de cor. O que também é importante é o fato de que o material reage à mudança na umidade em alguns milissegundos - literalmente em um piscar de olhos. Os materiais relatados anteriormente normalmente demoravam vários segundos ou mais para responder. Isso é muito lento para aplicações práticas. E há outra coisa que outros materiais nem sempre podiam fazer:a estrutura em sanduíche consistindo de nanofolhas de fosfatoantimonato e nanopartículas de óxido é altamente estável do ponto de vista químico e responde seletivamente ao vapor de água.

Uma camada de proteção contra influências químicas deve deixar a umidade passar

Os cientistas podem imaginar seus materiais sendo usados ​​em muito mais do que apenas futuras gerações de smartphones, tablets ou notebooks. "Em última análise, pudemos ver telas sem toque sendo implantadas em muitos lugares onde as pessoas atualmente precisam tocar em monitores para navegar, "disse Bettina Lotsch. Por exemplo, em caixas eletrônicos ou máquinas de bilhetes, ou mesmo nas balanças do corredor de verduras do supermercado. Expositores em locais públicos usados ​​por muitas pessoas diferentes teriam benefícios de higiene distintos se não tivessem toque.

Mas antes de vê-los sendo usados ​​em tais lugares, os cientistas têm mais alguns desafios a superar. É importante, por exemplo, que as nanoestruturas podem ser produzidas economicamente. Para minimizar o desgaste, as estruturas ainda precisam ser revestidas com uma camada protetora se forem usadas em algo como um display. E essa, novamente, deve atender não a um, mas a dois requisitos diferentes:Deve proteger as camadas sensíveis à umidade contra influências químicas e mecânicas. E deve, claro, deixe a umidade passar. Mas os cientistas de Stuttgart já têm uma ideia de como fazer isso. Uma ideia que eles estão começando a colocar em prática com mais um parceiro de cooperação a bordo.