A tela sensível ao toque de um smartphone é uma tecnologia impressionante. Ele exibe informações e responde ao toque do usuário. Mas como muitas pessoas sabem, é fácil quebrar os elementos-chave do transparente, camadas eletricamente condutoras que constituem até mesmo a tela de toque rígida mais resistente. Se smartphones flexíveis, e-paper e uma nova geração de relógios inteligentes devem ter sucesso, eles não podem usar a tecnologia de tela sensível ao toque existente.

Precisamos inventar algo novo - algo flexível e durável, além de ser claro, leve, eletricamente responsivo e barato. Muitos pesquisadores estão buscando opções potenciais. Como pesquisador graduado da Universidade da Califórnia, Riverside, Faço parte de um grupo de pesquisa que trabalha para resolver esse desafio tecendo camadas de malha de fios microscópicos de metal - construindo o que chamamos de redes de nanofios de metal.

Eles podem formar componentes-chave de novos sistemas de exibição; eles também podem tornar as telas sensíveis ao toque dos smartphones existentes ainda mais rápidas e fáceis de usar.

O problema com óxido de índio e estanho

Uma tela touchscreen padrão de smartphone tem vidro do lado de fora, no topo de duas camadas de material condutor chamado óxido de índio e estanho. Essas camadas são muito finas, transparentes à luz e conduzem pequenas quantidades de corrente elétrica. A tela fica embaixo.

Quando uma pessoa toca a tela, a pressão de seus dedos dobra o vidro levemente, empurrando as duas camadas de óxido de índio e estanho mais próximas. Em telas sensíveis ao toque resistivas, que altera a resistência elétrica das camadas; em telas sensíveis ao toque capacitivas, a pressão cria um circuito elétrico.

O óxido de índio e estanho é muito condutor, fazendo telas sensíveis ao toque responder ao toque de um usuário com velocidades extremamente rápidas. Mas também é muito frágil, tornando-o inadequado para telas mais flexíveis. Além disso, não há índio suficiente, amplamente produzido pelo refino de minério de zinco e chumbo, para atender à demanda cada vez maior.

Possíveis substituições

Qualquer substituição de óxido de índio e estanho deve ser transparente - caso contrário, não haveria sentido em usá-lo como tela. Ele também deve conduzir bem a eletricidade. Algumas substituições potenciais para esta camada de óxido de índio e estanho incluem nanotubos de carbono, grafeno e polímeros condutores

Mas cada um deles tem seus problemas. Os nanotubos de carbono geralmente têm alta resistência elétrica quando em contato uns com os outros, por isso não funcionam bem como malhas.

O grafeno seria excelente - é altamente condutor, flexível e transparente. Contudo, ainda não existe um processo em escala industrial para a produção de grafeno suficiente para atender a demanda. Os polímeros condutores são facilmente moldados em diferentes formas e condutores o suficiente para serem usados ​​em alguns dispositivos fotovoltaicos e baseados em LED, mas sua tendência de absorver luz significa que ainda não são bons o suficiente para serem usados ​​como um substituto totalmente competitivo para o óxido de índio e estanho.

Explorando redes de nanofios de metal

Um substituto promissor para o óxido de índio e estanho poderia ser as redes de nanofios de metal. Eles são feitos de fios individuais de prata ou cobre, dezenas a centenas de nanômetros de diâmetro, tecidos juntos em uma malha interconectada. É transparente da mesma forma que uma porta de tela - os fios individuais da malha são tão pequenos que não obscurecem a visão geral.

Nanofios de prata podem ser preparados em solução por uma reação química entre nitrato de prata e etilenoglicol em alta temperatura. Quando a solução é espalhada na parte de trás de uma tela sensível ao toque (feita de um material isolante como vidro ou plástico flexível), o líquido seca e os nanofios formam junções entre si, criando a malha.

A produção de dispositivos com nanofios de prata tem várias vantagens em relação ao padrão atual, óxido de índio e estanho. A prata é 50 vezes mais condutiva e pode ser usada em uma ampla variedade de dispositivos. A produção de dispositivos de nanofios de prata também deve ser mais barata.

Outros benefícios são óbvios ao comparar os métodos de fabricação. O óxido de índio e estanho é aplicado a uma superfície de tela sensível ao toque em um processo industrial denominado "pulverização catódica, "que envolve vaporizar efetivamente o óxido de índio e estanho, alguns deles pousam na tela sensível ao toque. Mas até 70 por cento do material acaba nas paredes da câmara de pulverização e deve ser removido antes de ser reutilizado. E o óxido de índio e estanho não pode ser aplicado diretamente em superfícies de plástico flexíveis, porque a pulverização catódica envolve muito calor, que irá deformar o plástico.

Por contraste, nanofios de metal são feitos em uma solução ao ar livre e podem ser pulverizados sobre folhas de material flexível com um processo chamado revestimento de rolo a rolo. Este processo tem sido usado desde a década de 1980 para fazer componentes para painéis solares.

Desafios restantes

Ninguém está pronto para trazer as redes de nanofios de metal para o mercado de smartphones. A prata e o cobre corroem quando expostos ao ar; pesquisadores, incluindo meu grupo de laboratório e muitos outros, estão tentando encontrar maneiras de revesti-los com polímeros condutores ou até mesmo outros metais, para protegê-los do ar sem sacrificar a transparência ou a condutividade.

E outro desafio que permanece é como incorporar nanofios de metal entre folhas de plástico flexível. Mas um dia, talvez não muito a partir de agora, seremos capazes de direcionar toda essa pesquisa para a criação de dispositivos totalmente funcionais usando redes de nanofios de metal.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.