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Se não houver um campo elétrico presente, o combustível não irá queimar. Tire a eletricidade e o fogo apaga. [Imagem: Prithwish Biswas et al. - 10.1021/jacs.3c04820] Combustível líquido que não queima Engenheiros químicos sintetizaram um combustível líquido que só entra em ignição com a aplicação de uma corrente elétrica - não adianta nem chegar um maçarico nele, se não houver uma corrente elétrica, ele não queima. Como não reage às chamas, o combustível não pode provocar incêndios acidentais durante o armazenamento ou transporte, o que o torna um combustível líquido "seguro". "O combustível que normalmente usamos não é muito seguro. Ele evapora e pode pegar fogo, e é difícil impedir isso," disse Yujie Wang, da Universidade da Califórnia em Riverside. "É muito mais fácil controlar a inflamabilidade do nosso combustível e impedir que ele queime quando removemos a tensão." Quando um combustível líquido - como etanol, diesel ou gasolina - entra em combustão, não é o próprio líquido que queima. Em vez disso, são as moléculas voláteis do combustível que pairam acima do líquido que se inflamam em contato com o oxigênio e o calor. A remoção da fonte de oxigênio extinguirá a chama, mas isso é difícil de fazer fora de um motor, mais ainda em um incêndio acidental descontrolado. "Se você jogar um fósforo em uma poça de gasolina no chão, é o vapor do gás que está queimando. Você pode sentir o cheiro desse vapor e saber instantaneamente que ele é volátil," disse Prithwish Biswas, coautor da descoberta. "Se você puder controlar o vapor, você pode controlar se o combustível queima." Outra questão em aberto refere-se ao custo do combustível, que deverá ser mais caro do que a versão normal. Combustível que só queima com eletricidade A base do novo combustível é um líquido iônico, que é uma espécie de sal liquefeito. "Ele é similar ao sal que usamos para dar sabor aos alimentos, que é o cloreto de sódio," explicou Wang. "O que usamos para este projeto tem ponto de fusão inferior ao do sal de cozinha, baixa pressão de vapor e é orgânico." O truque consistiu em modificar a fórmula do líquido iônico, substituindo o cloro (Cl) pelo perclo Outra questão em aberto refere-se ao custo do combustível, que deverá ser mais caro do que a versão normal. [Imagem: Prithwish Biswas et al. - 10.1021/jacs.3c04820] O truque consistiu em modificar a fórmula do líquido iônico, substituindo o cloro (Cl) pelo perclorato (NaClO4), o que foi suficiente para que o combustível deixasse de queimar ante uma chama, como acontece com o combustível normal antes da modificação química. Mas bastou a aplicação de um campo elétrico no novo combustível para que ele queimasse normalmente. "Assim que desligamos a corrente, a chama desapareceu e pudemos repetir esse processo indefinidamente - aplicando voltagem, vendo a evaporação, acendendo o vapor para que ele queimasse e depois apagando-o," contou Wang. "Ficamos entusiasmados em encontrar um sistema que pudéssemos iniciar e parar tão rapidamente." Outras vantagens e ressalvas Aumentar a corrente a que o combustível é submetido resulta em chamas maiores, com maior produção de energia. Assim, a técnica também poderia funcionar como um sistema de medição ou aceleração em um motor. "Você pode medir a combustão desta forma, e cortar a tensão funciona como um interruptor de homem morto - um recurso de segurança que desliga automaticamente uma máquina se o operador ficar incapacitado," disse o professor Michael Zachariah. Uma propriedade interessante do líquido iônico é que ele pode ser misturado com combustível convencional e ainda assim manter esse seu comportamento. "Mas é preciso haver pesquisas adicionais para entender qual porcentagem pode ser misturada e ainda assim não ser inflamável," disse Zachariah. Na verdade, há questões essenciais que precisam ser respondidas antes que esse "combustível seguro" possa ser comercializado, sendo a principal delas o aspecto prático, mais especificamente que modificações seriam necessárias nos motores para que eles possam usar o novo combustível. Além disso, o combustível precisará ser testado em vários tipos de motores e sua eficiência precisará ser determinada, algo que a equipe ainda não fez. fonte: inovacaotecnologica.com.br

A célula solar de silício cristalino (c-Si) de alto desempenho com 20 µm de espessura usa muito menos silício, de longe o componente mais caro de um painel solar. [Imagem: Guanglin Xie et al. - 10.1117/1.JPE.13.035501] Células solares finas de silício A maioria dos painéis solares é feita com uma camada fotoativa de silício cristalino (c-Si) com uma espessura entre 160 e 170 micrômetros (µm). Como o silício sozinho representa quase metade do custo de cada painel solar, tem havido uma corrida pelo desenvolvimento de células solares de silício muito mais finas. Infelizmente, a eficiência de conversão de luz em eletricidade das células solares de c-Si finas ainda está muito atrás da eficiência das células industriais espessas. O problema é que as melhores estratégias de projeto para células finas de c-Si conseguem maximizar apenas parâmetros individuais, como densidade de corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto ou fator de preenchimento. Nenhuma dessas estratégias havia conseguido otimizar simultaneamente estes parâmetros, e todos são importantes para obter uma alta eficiência. Agora, finalmente uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma nova abordagem que se mostrou capaz de obter melhorias notáveis de eficiência nessas células solares tão promissoras. A conseguiu identificar as características ópticas e elétricas responsáveis pelas diferenças nas eficiências de conversão das células solares de silício cristalino espessas e finas. De posse dessa informação essencial, eles montaram uma estratégia para atuar sobre essas características. O resultado, um avanço significativo no campo da tecnologia das células solares de silício, é uma metodologia de fabricação que oferece diversas vantagens em relação às técnicas convencionais. Oito vezes menos silício Em vez de cortar os lingotes de silício, como hoje se faz para fabricar camadas espessas de c-Si, Guanglin Xie e colegas da Universidade Hangzhou Dianzi, na China, empregaram um método de transferência de camada. Eles usaram ácido fluorídrico para gravar poros em uma pastilha espessa de silício, e esta camada porosa serviu como substrato para o crescimento de uma camada de silício monocristalino de 20 µm de espessura, que pode ser facilmente destacada e transferida para um substrato flexível. O resultado são células solares c-Si finas com uma eficiência de conversão de 21,1%, em comparação com os 16,5% anteriores, uma melhoria notável de aproximadamente 28% em comparação com a célula solar de referência. Isso coloca a eficiência das células solares finas de c-Si próxima à de suas equivalentes industriais espessas, que hoje é de 24%. Mas o ganho em termos de custo de fabricação é enorme, considerando que as células solares de hoje têm espessuras na casa dos 160 µm, ou seja, são oito vezes mais grossas do que os protótipos fabricados e testados pela equipe. fonte: inovacaotecnologica.com.br

A equipe já está trabalhando para ampliar a técnica para medir outros biomarcadores na saliva. [Imagem: Anastasia Serin/KAUST] Detector de glicose na saliva Um sensor que mede os níveis de glicose na saliva traz a esperança de uma maneira mais simples, rápida e indolor para as pessoas monitorarem seu diabetes. Pessoas com diabetes tradicionalmente monitoram a glicemia usando dispositivos que analisam uma gota de sangue picando um dedo várias vezes ao dia. Mais recentemente, sensores implantados podem fornecer monitoramento contínuo da glicose sem picadas desagradáveis, mas esses dispositivos podem ser menos precisos para níveis mais baixos de glicose e não são aprovados para crianças. É muito mais conveniente monitorar a glicose pela saliva, que está correlacionada com os níveis de glicose no sangue. Ocorre que as concentrações de glicose são muito mais baixas na saliva do que no sangue, o que restringe essas medições a equipamentos laboratoriais sofisticados. Abhinav Sharma e colegas da Universidade Rei Abdullah de Ciência e Tecnologia, na Arábia Saudita, superaram esse gargalo da sensibilidade criando um sensor de glicose miniaturizado usando um transístor de filme fino. Como o componente tem dimensões na casa dos nanômetros, ele mostrou-se altamente sensível a quantidades ínfimas de glicose. Esses componentes pequenos, leves e de baixo consumo de energia são adequados para produção em massa, na forma de sensores descartáveis de baixo custo. Transístor que mede glicose O transístor contém finas camadas dos semicondutores óxido de índio e óxido de zinco, cobertas com a enzima glicose oxidase. Quando uma amostra de saliva é colocada no sensor, a enzima oxida qualquer glicose presente para produzir D-gluconolactona e peróxido de hidrogênio. A oxidação do peróxido de hidrogênio produz então elétrons que entram nas camadas semicondutoras. Isso altera a corrente que flui através dos semicondutores, e a magnitude desse efeito indica a concentração de glicose na amostra de saliva. O dispositivo mediu corretamente uma ampla faixa de concentrações de glicose em menos de um minuto. Mais importante, o sensor não foi enganado por outras moléculas da saliva, incluindo derivados de açúcar, como frutose e sacarose. Embora a sensibilidade do dispositivo tenha diminuído com o tempo, ele ainda ofereceu bom desempenho após ser armazenado por duas semanas em temperatura ambiente. A equipe está agora ampliando o uso da técnica, desenvolvendo uma matriz de sensores transistorizados que possam detectar simultaneamente vários metabólitos na saliva. "O desenvolvimento de conjuntos de sensores portáteis que possam ser integrados a um celular é uma possível direção futura para a pesquisa," disse o professor Thomas Anthopoulos, líder da equipe. fonte: inovacaotecnologica.com.br

Ao integrar perfeitamente semicondutores bidimensionais ultrafinos com materiais ferroelétricos, a pesquisa revela uma nova maneira de melhorar a eficiência energética e adicionar novas funcionalidades à computação. A nova configuração mescla a lógica digital tradicional com operações analógicas, semelhantes às do cérebro. [Imagem: EPFL] Computação analógica e digital A computação analógica tem despontado como a alternativa mais viável para diminuir o consumo de energia dos computadores e criar um hardware nativo para a inteligência artificial. Embora a IBM tenha recentemente apresentado um processador analógico para inteligência artificial, ainda há desafios para tornar essa tecnologia viável técnica e economicamente. Engenheiros da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, acabam de apresentar uma nova receita para vencer esses desafios: Mesclar computação analógica com a tradicional computação digital, combinando o potencial do processamento analógico contínuo com a precisão dos processadores digitais. Ao integrar perfeitamente semicondutores bidimensionais ultrafinos (2D) com materiais ferroelétricos, a equipe desenvolveu uma nova maneira de melhorar a eficiência energética e adicionar novas funcionalidades aos processadores, mesclando a lógica digital tradicional com operações analógicas semelhantes às do cérebro. Os processadores analógicos podem ter vantagens em várias áreas em relação aos processadores digitais, como imitar o cérebro, fazer uma inteligência artificial autêntica ou juntar processamento e memória. Ferroelétricos mais materiais 2D A inovação gira em torno de uma combinação única de materiais que levam a funções inspiradas no cérebro (neuromórficas) e transistores eletrônicos avançados, incluindo o notável TFET (Transístor de Efeito de Campo de Túnel) de capacitância negativa. Foi o pesquisador Sadegh Kamaei quem conseguiu agora, pela primeira vez, juntar o potencial dos semicondutores 2D (folhas monoatômicas, como o grafeno, a molibdenita, os dicalcogenetos de metais de transição etc.) e dos materiais ferroelétricos, juntando ambos em um sistema eletrônico totalmente cointegrado. Os semicondutores 2D podem ser usados para criar processadores digitais ultraeficientes, enquanto o material ferroelétrico oferece a possibilidade de processar continuamente e armazenar memória ao mesmo tempo. Essa combinação dos dois materiais permite tirar proveito do melhor das capacidades digitais e analógicas de cada um. "Trabalhar com semicondutores 2D e integrá-los com materiais ferroelétricos tem sido um desafio, mas imensamente gratificante. As aplicações potenciais de nossas descobertas podem redefinir a forma como vemos e interagimos com dispositivos eletrônicos no futuro," disse Kamaei. Além disso, a equipe usou sua plataforma integrada para criar transistores semelhantes às sinapses biológicas, os intrincados conectores entre as células cerebrais, viabilizando seu uso na computação neuromórfica. "A pesquisa marca a primeira cointegração de circuitos lógicos de von Neumann e funcionalidades neuromórficas, traçando um caminho emocionante para a criação de arquiteturas de computação inovadoras, caracterizadas por um consumo de energia excepcionalmente baixo e capacidades até então inexploradas de construção de funções neuromórficas combinadas com processamento digital de informações," disse o professor Adrian Ionescu, cuja equipe já conseguiu criar um transístor com eficiência próxima à dos neurônios humanos. Processadores mais inteligentes e mais rápidos No mundo da eletrônica, um transístor pode ser comparado a um interruptor de luz, determinando se a corrente flui (ligada) ou não (desligada). Esses são os famosos 1s e 0s da linguagem binária de computador, e essa simples ação de ligar e desligar é parte integrante de quase todas as funções dos nossos aparelhos eletrônicos, desde o processamento de informações até o armazenamento de dados. O TFET é um tipo especial de transístor projetado tendo em mente um futuro com consciência energética. Ao contrário dos transistores convencionais, que requerem uma tensão relativamente alta para serem ligados, os TFETs podem operar em tensões significativamente mais baixas. Esse projeto otimizado significa que eles consomem consideravelmente menos energia durante a comutação, reduzindo significativamente o consumo geral de energia dos chips nos quais eles estão integrados. Para criar seus TFETs especiais, a equipe utilizou silício dopado com óxido de háfnio, enquanto, como material 2D, foram usados o disseleneto de tungstênio (WSe2) e o disseleneto de estanho, materiais que também estão sendo explorados na computação quântica. Avanços como este abrem o caminho para dispositivos eletrônicos que funcionam de forma similar ao cérebro humano, casando a velocidade computacional com o processamento de informação de uma forma mais alinhada com a cognição humana. Por exemplo, os sistemas neuromórficos podem ser excelentes em tarefas com as quais os computadores tradicionais têm dificuldade, como reconhecimento de padrões, processamento de dados sensoriais ou mesmo certos tipos de aprendizagem. Esta mistura de lógica tradicional com circuitos neuromórficos indica uma mudança transformadora com implicações de longo alcance, não apenas com menor consumo de energia, mas também com computadores mais inteligentes e mais rápidos. fonte: inovacaotecnologica.com.br

A parte esquerda da imagem mostra os componentes fabricados pela equipe, e a direita mostra a comutação dos píxeis de metassuperfície conectados a uma placa de circuito impresso. [Imagem: Kamali et al. - 10.1038/s41377-023-01078-6] Além das telas LCDs Desde as primeiras gerações de telas planas até as atuais telas de LED, em suas diversas vertentes, são quase sempre moléculas de cristal líquido as responsáveis por ligar ou desligar a luz que cria as imagens em nossos monitores e TVs. São essas células de cristal líquido que determinam a dimensão dos píxeis - logo, a resolução da tela - e elas desempenham um papel significativo no gerenciamento do consumo de energia do aparelho. Mas podemos estar no limiar de uma nova revolução tecnológica, em que essas telas de cristal líquido (LCDs: Liquid Crystal Displays) serão substituídas por uma geração de telas mais finas, mais energeticamente eficientes e com resoluções muito, muito maiores. Embora as metassuperfícies já venham prometendo telas melhores há muito tempo, agora uma equipe da Austrália e do Reino Unido construiu um protótipo que demonstra na prática que as metassuperfícies podem oferecer benefícios significativos em relação aos monitores atuais, controlados por cristais líquidos. Luminescência e detalhes da matriz de furos que compõe a metassuperfície. [Imagem: Kamali et al. - 10.1038/s41377-023-01078-6] Telas de metassuperfície As células de metassuperfícies - que têm capacidade de ajuste e propriedades extraordinárias de dispersão de luz - substituem a camada de cristal líquido e dispensam os polarizadores, que são responsáveis por uma grande quantidade de perda na intensidade de luz e pelo uso de energia nos monitores. As metassuperfícies são 100 vezes mais finas do que as células de cristal líquido, oferecem uma resolução 10 vezes maior e consomem 50% menos energia. "Abrimos o caminho para quebrar uma barreira tecnológica, substituindo a camada de cristal líquido nas telas atuais por uma metassuperfície, permitindo-nos fabricar telas planas acessíveis sem cristais líquidos," disse o professor Mohsen Rahmani, da Universidade de Nottingham, no Reino Unido. A equipe demonstrou que os píxeis podem ser programados eletricamente e a luz pode ser chaveada quase 20 vezes mais rápido do que o tempo de reação humana, o que é feito alterando a temperatura do material. "Mais importante ainda, nossa nova tecnologia pode levar a uma enorme redução do consumo de energia - esta é uma excelente notícia, dado o número de monitores e aparelhos de TV sendo usados em residências e empresas todos os dias. Acreditamos que é hora de os monitores LCD e LED sejam eliminados, da mesma forma que as antigas TVs de tubo de raios catódicos (CRT) o foram nos últimos dez a 20 anos," disse Rahmani. Modo de operação (ligando e desligando a luz) dos furos que formam a metassuperfície. [Imagem: Kamali et al. - 10.1038/s41377-023-01078-6] Metassuperfícies Metassuperfícies são matrizes planas de minúsculas antenas, cada uma em escala micro ou nano, que permitem captar, dirigir ou emitir ondas de uma forma que não era possível uma década atrás. Elas são a versão 2D dos metamateriais, que começaram chamando a atenção para curiosos mantos de invisibilidade, mas que hoje já envolvem camuflagens contra terremotos e tsunamis e até a capacidade de fazer computação sem processador. As metassuperfícies são compostas de arranjos periódicos de meta-átomos em várias escalas, tipicamente menores do que a onda que se deseja manipular. Os meta-átomos, que funcionam como antenas ao interagir com as ondas, são feitos de materiais comuns. Contudo, quando dispostos de maneira periódica, a superfície que esses meta-átomos formam apresenta efeitos incomuns que não podem ser obtidos com os materiais naturais. Assim, o que determina as propriedades de um metamaterial ou de uma metassuperfície não são os elementos químicos que os compõem, mas sua estrutura física. Fonte: inovacaotecnologica.com.br

Para caracterizar os OLEDs, os píxeis emissores são examinados de forma automática sob diferentes ângulos de visão. Os OLEDs de polariton apresentam uma impressão de cor brilhante e estável em uma ampla faixa angular. [Imagem: Andreas Mischok et al. - 10.1038/s41566-023-01164-6] OLEDs de próxima geração Os OLEDs (diodos emissores de luz orgânicos) conquistaram o mercado de monitores nos últimos anos, dos celulares de alta resolução às telas de televisão do tamanho de uma parede. No entanto, a indústria e a ciência enfrentam vários desafios na criação da próxima geração de telas com saturação de cor, brilho e eficiência ainda maiores. Acontece que as moléculas orgânicas das quais os OLEDs são feitos têm espectros de emissão intrinsecamente amplos, uma propriedade que limita o espaço de cores disponível e a saturação, atrapalhando a meta de fazer monitores ainda melhores. Filtros de cores ou ressonadores ópticos podem ser usados para estreitar artificialmente os espectros de emissão de OLEDs para contornar esse problema, mas os ganhos vêm em detrimento da eficiência ou levam a uma forte interferência do ângulo de visão na percepção da cor. Andreas Mischok e colegas das universidades de Colônia (Alemanha) e Santo André (Escócia) tiveram que procurar fundo para encontrar uma solução para esse dilema. E eles encontraram a resposta em um princípio científico fundamental, o forte acoplamento que ocorre quando a luz atinge a matéria. E esse acoplamento pode ser usado para alterar os espectros de emissão dos OLEDs, evitando a mudança de cor em ângulos de visão oblíquos. Teste dos novos OLEDs em superfícies curvas, para uso em telas flexíveis, por exemplo. [Imagem: Andreas Mischok et al. - 10.1038/s41566-023-01164-6] Acoplamento luz-matéria Quando os fótons da luz atingem a matéria, eles interagem com os elétrons dos átomos para formar quasipartículas conhecidas como éxcitons. Quando os fótons se acoplam fortemente a essas quasipartículas, eles formam polaritons. Esse princípio fundamental de interação pode ser comparado à energia transferida entre dois pêndulos acoplados, exceto que aqui são a luz e a matéria que estão se acoplando e trocando energia continuamente. Esses polaritons eventualmente emitem luz novamente, lançando novos fótons. Assim, colocar todas as camadas que formam os OLEDs entre espelhos finos feitos de materiais metálicos, que já são amplamente utilizados na indústria de telas, o acoplamento entre a luz e o material orgânico pode ser significativamente melhorado. O problema é que o forte acoplamento leva inevitavelmente a uma baixa eficiência elétrica. Foi este problema que a equipe conseguiu resolver agora, o que foi feito adicionando um filme fino composto por moléculas fortemente absorvedoras de luz, semelhantes às já usadas nas células solares orgânicas, mas que nunca haviam dado bons resultados em OLEDs. A camada adicional maximizou o efeito de acoplamento forte, mas sem reduzir significativamente a eficiência das moléculas emissoras de luz no OLED. "Ao gerar polaritons, podemos transferir algumas das propriedades vantajosas da matéria para nossos OLEDs, incluindo sua dependência angular significativamente menor, de modo que a impressão de cores de uma tela permaneça brilhante e estável de qualquer perspectiva," disse Mischok. Todos os materiais usados já são conhecidos da indústria. [Imagem: Andreas Mischok et al. - 10.1038/s41566-023-01164-6] Usos imediatos e futuros Como só foram utilizados materiais já empregados pela indústria, e como os OLEDs de polaritons apresentaram saturação e estabilidade de cores muito superiores, a novidade deverá ser adotada imediatamente pela indústria. A produção sob demanda e eficiente de um grande número de polaritons também pode ser usada para uma ampla gama de outras aplicações, dos lasers à computação quântica. fonte: inovacaotecnologica.com.br

A grande inovação está no pequeno disco visto no centro do dispositivo. [Imagem: Marina Caretti et al. - 10.1002/adma.202208740] Hidrogênio solar extraído do ar Um dispositivo que possa ser alimentado por energia solar, colete água a partir da umidade do ar ambiente e forneça hidrogênio, o combustível limpo por excelência, tem sido um sonho para pesquisadores, engenheiros e ambientalistas há décadas. Agora, nada menos do que dois avanços simultâneos nessa área mostram que esse não é um sonho tão inatingível. E ambos em um nível de prontidão tecnológica mais avançado do que as duas novas formas de produzir hidrogênio descobertas no final do ano passado. Marina Caretti e colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, desenvolveram um sistema engenhoso, mas simples, que combina a tecnologia dos semicondutores usados na eletrônica e nas células solares com novos eletrodos para quebrar as moléculas de água em oxigênio e hidrogênio. A grande inovação está exatamente nesses eletrodos, que têm duas características principais: Eles são porosos, para maximizar o contato com a água no ar, e são transparentes, para maximizar a exposição à luz solar do revestimento semicondutor. O conjunto usa a energia solar para quebrar as moléculas de água presentes na umidade normal do ar, produzindo hidrogênio. Por isto, o mecanismo pode ser enquadrado na categoria da fotossíntese artificial, já que imita o modo como as plantas transformam a luz solar em energia química usando o dióxido de carbono do ar. Revestidos com o material semicondutor coletor de luz, o mesmo das células solares, os eletrodos transparentes de difusão de gás de fato funcionam como uma folha artificial, coletando água do ar e usando a luz solar para produzir gás hidrogênio. Embora a equipe não tenha ainda medido a eficiência de conversão de energia solar em hidrogênio, eles reconhecem que ela é modesta para este protótipo. Mas, com base nos materiais usados, a eficiência teórica máxima de conversão de energia solar em hidrogênio é de 12%, enquanto células a combustível líquidas do tipo PEC (células fotoeletroquímicas), uma tecnologia que pode ser considerada concorrente, podem alcançar uma eficiência de até 19%. A mesma equipe já obteve uma eficiência de 14,2% na produção de hidrogênio solar usando materiais de alto custo e até 4,5% de eficiência na conversão fotoeletroquímica da água usando materiais de baixo custo. Se 9% de eficiência parece pouco, isso é dezenas de vezes mais eficiente do que a fotossíntese natural. [Imagem: Peng Zhou et al. - 10.1038/s41586-022-05399-1] Painel de fotossíntese artificial A segunda novidade veio pelas mãos de Peng Zhou e colegas da Universidade de Michigan, nos EUA, que construíram um novo tipo de painel solar que alcançou 9% de eficiência na conversão de água em hidrogênio e oxigênio, também imitando a fotossíntese. Como opera ao ar livre, e não em condições controladas de laboratório, o protótipo representa um grande salto na tecnologia, sendo quase 10 vezes mais eficiente do que experimentos solares de divisão de água desse tipo. Aqui, foram duas inovações, a primeira consistindo na redução da quantidade necessária do semicondutor responsável pela coleta da energia solar. Como este é o elemento mais caro da tecnologia, isso representa uma redução nos custos do hidrogênio solar. "Nós reduzimos o tamanho do semicondutor em mais de 100 vezes em comparação com alguns semicondutores que trabalham apenas com baixa intensidade de luz," disse Peng Zhou, destacando que essa redução permite concentrar a luz solar por meio de lentes até 160 vezes o brilho normal do Sol sem danificar os semicondutores, o que aumenta muito a eficiência operacional da célula, embora imponha outras restrições de engenharia para uso prático. A segunda inovação está na capacidade de usar a parte de maior energia do espectro solar para dividir a água, e a parte inferior do espectro para fornecer calor, que estimula a reação. Isso foi possível com o desenvolvimento de um catalisador semicondutor que se autoconserta, resistindo à degradação que os catalisadores geralmente sofrem quando aproveitam a luz solar para conduzir reações químicas. O catalisador é feito de nanoestruturas de nitreto de índio e gálio, cultivadas em uma superfície de silício. Essa bolacha semicondutora captura a luz, convertendo-a em elétrons livres e lacunas - cargas positivas, deixadas quando os elétrons são liberados pela luz. As nanoestruturas são salpicadas com aglomerados de metal em nanoescala, com 1/2000 de milímetro de diâmetro, que usam esses elétrons e lacunas para ajudar a direcionar a reação. A concentração da luz solar gera temperaturas muito mais altas, que aceleram o processo de separação da água, e o calor extra ainda ajuda a manter o hidrogênio e o oxigênio separados, em vez de renovar suas ligações e formar água novamente. Ambos ajudaram a equipe a coletar mais hidrogênio. Os próximos desafios que a equipe pretende enfrentar são melhorar ainda mais a eficiência e obter hidrogênio de pureza alta o suficiente para que ele possa ser injetado diretamente nas células de combustível, produzindo eletricidade. fonte: inovacaotecnologica.com.br

A grande vantagem do transístor quântico é um baixíssimo consumo de energia. [Imagem: UPenn] Transístor de baixo consumo Os transistores de efeito de campo (FETs) oferecem um dos melhores equilíbrios entre velocidade e eficiência energética da atualidade, o que lhes garante lugar em todos os dispositivos de computação. No entanto, o que temos na atualidade não está conseguindo responder aos apelos por maior eficiência em termos de energia, um problema que se agrava continuamente pela maior demanda computacional - mesmo quando operando nas tensões mínimas possíveis, os FETs ainda consomem muita energia. Por conta disso, pesquisadores em todo o mundo têm trabalhado para redesenhar os FETs com esses imperativos de energia em mente. Jinshui Miao e colegas da Universidade da Pensilvânia, nos EUA, estão disparando na frente nessa corrida, apresentando um projeto de FET que reduz quase pela metade a quantidade de energia necessária para comutação (passar de um estado "0" para um estado "1" ou vice-versa). "Atualmente, os dispositivos de computação contêm tantos transistores - dezenas de bilhões - que mesmo uma pequena redução no uso de energia faria uma grande diferença. Nossos resultados com este projeto representam uma grande redução, o que significa que o impacto na eficiência energética geral será enorme. Ele diminui os mínimos teóricos atuais em uma quantidade surpreendente," comemorou o professor Deep Jariwala, cuja equipe também está tentando construir um processador sem transístor. No tunelamento quântico, a partícula vence uma barreira sólida porque se comporta como uma onda. [Imagem: Yoschi/Wikimedia] TFET O novo componente obteve um ganho surpreendente em eficiência energética tirando proveito de uma propriedade da física quântica conhecida como tunelamento, quando as partículas - neste caso, os elétrons - movem-se através de barreiras de energia, como se criassem túneis para atravessar os materiais sólidos. Por conta disso, o novo transístor é considerado um TFET, um FET com tunelamento (Tunneling Field Effect Transistor), também conhecido como transístor quântico. "Imagine um elétron se movendo por um FET como se fosse uma bola que precisa rolar uma colina para chegar ao outro lado," explica Chloe Leblanc, uma das responsáveis pela construção do novo transístor. "Em um TFET, a bola não precisa rolar colina acima - ela recebe um pequeno empurrão e consegue fazer um túnel através da colina. O que é empolgante neste estudo é que pudemos confirmar por meio de várias demonstrações e simulações de componentes que essa física, o tunelamento de elétrons, é definitivamente a razão pela qual nosso transístor é tão eficaz em baixa potência." Esquema do transístor FET de tunelamento e micrografias do componente real. [Imagem: Jinshui Miao et al. - 10.1038/s41928-022-00849-0] Transístor de tunelamento Os cientistas vêm experimentando a tecnologia FET de tunelamento há décadas, mas têm tropeçado em contrapartidas intransponíveis em termos de potência e desempenho. Até agora, os TFETs eram capazes de operar ou abaixo do mínimo de tensão teórica (60 mV/década, uma métrica conhecida como limite de Boltzmann), ou com densidade de corrente suficiente para funcionar em aplicações nos níveis de circuito e sistema. Este novo projeto conseguiu pela primeira vez fazer as duas coisas simultaneamente. "O que foi fundamental para a nossa solução é um novo semicondutor experimental chamado seleneto de índio (InSe), que é limpo o suficiente, em termos de qualidade de cristal, e atinge alta densidade de corrente de acionamento. Agora que temos uma estrutura que permite alta densidade de corrente e baixa tensão, podemos começar a construir um argumento forte para substituir um FET padrão por um TFET," disse Jariwala. fonte: inovacaotecnologica.com.br

Sem palavras, ele contribuiu muito para vários foruns. Foi um grande upload! Aqueles que amamos nunca morrem, apenas partem antes de nós. Descanse em paz!

A LG já apresentou a sua primeira tela dobrável em 360 graus com tecnologia OLED e agora ela está oficializando o primeiro display elástico e dobrável do mundo com alta resolução. A nova tela tem 12 polegadas e foi criada para ser totalmente flexível, criando novas possibilidades para dispositivos como tablets, vestíveis e muito mais. Imagem: LG Display A nova tela flexível da LG utiliza a tecnologia micro-LED com pixel pitch de 40μm e é a primeira do mundo a alcançar 20% de elasticidade com 100ppi e gama completa de cores RGB. O material utilizado para construir a tela é o substrato de silicone resistente, que já era empregado em lentes de contato, permitindo que essa tela possa ser aplicada até mesmo sobre a pele. Imagem: LG Display Há ainda uma mola em forma de S em um sistema com fio que permite ter toda esta elasticidade sem risco de quebra, o que torna este painel muito resistente a danos com dobras e até a impactos externos. O projeto de tela elástica da LG ainda está em andamento em parceria com o governo da Coreia do Sul. Soo-young Yoon, vice-presidente executivo e CTO da LG Display, comentou a novidade dizendo: Concluiremos com sucesso este projeto para aumentar a competitividade da tecnologia de exibição coreana, enquanto continuamos liderando a mudança de paradigma do setor. Como o projeto ainda está em desenvolvimento, ainda não há previsão para que este novo modelo de tela seja empregado na indústria, mas esta é uma ótima oportunidade de mudá-la de forma inédita até o momento. fonte: tudocelular.com

A "mágica" da miniaturização da luz é feita pela nanoestrutura em formato de gravata borboleta, no centro do dispositivo. [Imagem: Marcus Albrechtsen et al. - 10.1038/s41467-022-33874-w] Vencendo o limite de difração Pesquisadores da Universidade Técnica da Dinamarca construíram um dispositivo capaz de emitir os mais finos feixes de luz já criados. Cerca de 10.000 vezes mais finos do que um fio de cabelo humano, esses feixes ultrafinos terão utilidade em uma série de áreas, incluindo toda a tecnologia fotônica, processadores de luz, computadores energeticamente mais eficientes e, claro, na computação quântica. Até recentemente, os físicos acreditavam que era impossível comprimir a luz abaixo do chamado limite de difração. Depois se viu que isso poderia ser feito usando nanopartículas metálicas, mas esta chamada miniaturização da luz não satisfez a todos porque essas nanopartículas metálicas também absorvem a própria luz, resultando em perdas de energia e informação no processo. Mas permanecia ainda a ideia de que seria impossível comprimir fortemente a luz em materiais dielétricos, ou isolantes, que, além de serem materiais-chave nas tecnologias da informação, como o silício, vêm com a importante vantagem de não absorverem a luz. Então, em 2006, vários trabalhos publicados quase simultaneamente sedimentaram a ideia de que o limite de difração também não se aplica aos dielétricos. Ainda assim, ninguém havia conseguido mostrar isso no mundo real, simplesmente porque era necessária uma nanotecnologia avançada demais para construir as nanoestruturas dielétricas necessárias. Foi esse desafio que agora foi vencido. Gravata borboleta nanotecnológica Marcus Albrechtsen e seus colegas finalmente conseguiram construir a nanoestrutura exigida para confinar a luz em um espaço impensável há poucos anos: Seu feixe de luz tem apenas 8 nanômetros de diâmetro. Antes de tentar construir a nanoestrutura, contudo, era necessário projetá-la com precisão. "Nós programamos nosso conhecimento da nanotecnologia fotônica real e suas limitações atuais em um computador. Então pedimos ao computador que encontrasse um padrão que coletasse os fótons em uma área sem precedentes de tão pequena - em uma nanocavidade óptica - que também conseguimos construir no laboratório," contou o pesquisador. Tudo acontece dentro de uma nanocavidade dielétrica, uma estrutura em formato de gravata borboleta que concentra a luz em um volume 12 vezes menor do que o limite de difração. "Embora os cálculos de computador mostrem que você pode concentrar a luz em um ponto infinitamente pequeno, isso só se aplica em teoria. Os resultados reais são limitados pela forma como pequenos detalhes podem ser feitos, por exemplo, em um microchip," disse Albrechtsen. A equipe acredita que dá para ir miniaturizando ainda mais a luz conforme a nanofabricação avança. [Imagem: Marcus Albrechtsen et al. - 10.1038/s41467-022-33874-w] Integração eletrônica-fotônica Esta inovação pode ser decisiva para o desenvolvimento de novas tecnologias para reduzir a quantidade de componentes devoradores de energia que povoam nossos computadores, celulares e demais aparelhos eletrônicos. Uma das soluções mais promissoras é trocar a eletricidade por luz, mas, se tiver que seguir as restrições de seu comprimento de onda, de centenas de nanômetros, a luz se torna grande demais para ser embutida em chips. Esta nova tecnologia, comprimindo a luz no mesmo tamanho que os componentes eletrônicos, pode levar para o interior dos chips a mesma divisão do trabalho que já existe entre luz e elétrons na internet, onde a luz é usada para comunicação e a eletrônica para processamento. A equipe agora pretende trabalhar no refinamento dos métodos e materiais usados na construção das nanocavidades, para encontrar a solução mais próxima possível do marco teórico. "Agora que temos a teoria e o método, seremos capazes de produzir fótons cada vez mais intensos à medida que a tecnologia envolvida se desenvolve. Estou convencido de que este é apenas o primeiro de uma longa série de grandes desenvolvimentos em física e nanotecnologia fotônicas, centrados nesses princípios," disse o professor Soren Stobbe. fonte: inovacaotecnologica.com.br

O CCD com processamento simplifica o tratamento de imagens para veículos sem motorista e visão de máquina. [Imagem: Donhee Ham Research Group/Harvard SEAS] Processamento no sensor Com o advento dos carros sem motorista, câmeras mais rápidas permitirão que o piloto automático tenha um tempo de reação menor, o que pode salvar vidas. Isto porque o tempo que o sistema leva para capturar uma imagem e entregar os dados ao processador pode significar a diferença entre evitar um obstáculo ou sofrer um acidente grave. Pensando nisso, Houk Jang e colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, criaram um sensor de imagem que já possui embutida a capacidade de processamento, economizando todo o tempo que gastaria para transmitir a imagem capturada para o processador. Já foram feitas várias demonstrações de processamento de imagens embutida nos sensores, mas nenhuma que se baseasse em materiais que possam ser prontamente levados para fabricação industrial. O protótipo criado por Jang é o primeiro a se basear inteiramente na tecnologia CMOS, padrão da indústria eletrônica. "Ao substituir os píxeis não programáveis padrão em sensores [CCD] de imagem de silício comerciais pelos programáveis desenvolvidos aqui, os dispositivos de imagem podem cortar fora dados desnecessários de maneira inteligente, tornando-os mais eficientes em energia e largura de banda para atender às demandas da próxima geração de aplicações sensoriais," disse o pesquisador. Fotodiodos que computam O novo CCD com processamento é uma matriz de fotodiodos de silício. Os CCDs disponíveis comercialmente também possuem uma matriz de fotodiodos de silício para capturar imagens, mas os componentes fabricados pela equipe são dopados eletrostaticamente, o que significa que a sensibilidade à luz de cada píxel individual pode ser ajustada controlando a tensão elétrica aplicada a cada um. Uma matriz que conecta vários fotodiodos ajustáveis por voltagem pode executar uma versão analógica de operações de multiplicação e adição, centrais para o processamento de imagem, extraindo as informações visuais relevantes assim que a imagem é capturada. A matriz pode ser programada em diferentes filtros de imagem para remover detalhes ou ruídos. Por exemplo, um sistema de imagem em um veículo autônomo pode exigir um filtro passa-alta para rastrear as marcações da pista, enquanto outras aplicações podem exigir um filtro que crie um efeito de eneovamento para reduzir o ruído. "Esses fotodiodos dinâmicos podem filtrar simultaneamente as imagens à medida que são capturadas, permitindo que o primeiro estágio do processamento da visão seja movido do microprocessador para o próprio sensor," disse Jang. Agora a equipe pretende aumentar a densidade dos fotodiodos e usá-los para construir circuitos integrados de silício. fone: inovacaotecnologica.com.br

O humilde material à base de madeira pode salvar a alta tecnologia dos materiais monoatômicos. [Imagem: Kojiro Uetani/TUS] Baixa tecnologia salva alta tecnologia A próxima geração de processadores e demais chips certamente fará uso dos filmes finos, tirando proveito dos materiais bidimensionais, ou monoatômicos. Antes disso, porém, será necessário desenvolver um sistema de dissipação de calor para os componentes de película fina, uma vez que os materiais convencionais dos dissipadores de calor são volumosos e não podem ser integrados a eles. Ou seja, precisamos de materiais de difusão térmica que sejam finos e flexíveis o suficiente para serem integrados a esses componentes ultrafinos. A solução apresentada por Kojiro Uetani e colegas da Universidade de Ciências de Tóquio, além de curiosa, parece ter pouco a ver com esses materiais de altíssima tecnologia e extremamente delicados. Uetani sintetizou um material que não poderá se incomodar em ser chamado de "madeira queimada": É uma matriz de celulose, o principal constituinte das paredes celulares das plantas, sobre a qual é disperso um pó à base de carbono resultante da combustão da mesma celulose - ou seja, essencialmente uma fuligem. É claro que dá para descrever tudo em termos técnicos mais rebuscados: É um material de difusão termal composto por uma matriz de nanofibras de celulose à qual são incorporadas fibras de carbono. O importante, porém, é o resultado. Processo e amostras dos materiais sintetizados pela equipe a partir de celulose e resíduos de combustão (CF são fibras de celulose, CNFs são nanofibras de celulose e CRs são resíduos de combustão). [Imagem: Kojiro Uetani et al. - 10.1021/acsami.2c09332] Para reciclar é só queimar O material apresentou uma alta anisotropia de condutividade térmica no plano de 433%, juntamente com uma condutividade de 7,8 W/mK na direção alinhada e 1,8 W/mK na direção ortogonal no plano. Além das excelentes propriedades térmicas, outra grande vantagem dos filmes de fibras e nanofibras de celulose é a sua reciclabilidade. Os pesquisadores conseguiram recuperar as fibras de carbono queimando a matriz de celulose, permitindo que fossem reaproveitadas. "O lixo que nós humanos geramos tem um enorme impacto ambiental. Os enchimentos de transferência de calor, em particular, são muitas vezes materiais especializados e caros. Como resultado, queríamos criar um material que não fosse desperdiçado após o uso, mas que pudesse ser recuperado e reutilizado para outras aplicações," disse o professor Uetani. fonte: inovacaotecnologica.com.br

Esquema de funcionamento da produção de hidrogênio verde a partir da umidade do ar. Hidrogênio verde Uma equipe internacional de engenheiros construiu um eletrolisador capaz de extrair hidrogênio da umidade do ar ambiente. Como os métodos atuais para produzir hidrogênio a partir da eletrólise exigem água pura, usar a umidade do ar pode não apenas reduzir os custos e o consumo energético dessa produção, como também evitar competir por recursos e viabilizar a utilização do equipamento em virtualmente qualquer lugar. De fato, a equipe garante que a eficiência do seu eletrolisador é tamanha que ele pode produzir hidrogênio captando umidade do ar até mesmo em regiões desérticas e semi-áridas - ele funciona com uma umidade tão baixa quanto 4%, quando a umidade típica em um deserto é de 20%. O aparelho, que pode ser alimentado por energia renovável, como solar e eólica, absorve a umidade do ar e a divide em hidrogênio e oxigênio por eletrólise - o protótipo foi alimentado por energia renovável (solar ou eólica) e produziu hidrogênio verde por 12 dias consecutivos para esta avaliação inicial. Já existem eletrolisadores capazes de fazer isto, mas eles são grandes e dependem de catalisadores de metais do grupo da platina, que são raros e extremamente caros. O aparelho (esquerda) pode ser fabricado em versões maiores, ou pode-se ligar vários deles em paralelo. Hidrogênio e oxigênio puros Embora existam opções mais eficientes para captar umidade do ar, a equipe concluiu que, para os seus propósitos, o que incluía a redução de custos, o ácido sulfúrico era o melhor material para atuar como esponja para capturar a água. "Um meio poroso, como esponja de melamina ou espuma de vidro sinterizado, é embebido com a substância iônica deliquescente para absorver a umidade do ar através das superfícies expostas. A água capturada na fase líquida é transferida para as superfícies dos eletrodos por difusão e posteriormente dividida em hidrogênio e oxigênio in situ, que são coletados separadamente como um gás puro, uma vez que ambos os eletrodos são isolados do ar," explicou a equipe. A eficiência faradaica do eletrolisador foi de 95%, sem a injeção de nenhuma gota de água líquida - tudo foi capturado do ar. "Esta é a primeira tecnologia capaz de produzir hidrogênio de alta pureza diretamente do ar, e você pode fazê-lo em qualquer lugar da Terra, desde que tenha energia," disse Gang Li, da Universidade de Melbourne, na Austrália. fonte: inovacaotecnologica

Trinta segundos de luz solar poderão ser suficientes para injetar dezenas de minutos de carga nas baterias de futuros relógios inteligentes e outros aparelhos de pequeno porte. Bateria recarregada com energia solar Jinxin Bi e colegas da Universidade de Surrey, no Reino Unido, criaram uma bateria renovável e recarregável que sequer precisa ser ligada à tomada para ser recarregada. Em vez disso, ela usa células solares de perovskita para recarregar uma bateria de íons de zinco, do mesmo tipo que recentemente empatou com as baterias de lítio em termos de capacidade de armazenamento de energia. Quilo por quilo, as baterias de zinco-ar podem potencialmente armazenar cinco vezes mais energia do que as de íons de lítio, mas as baterias de zinco e manganês, como as deste novo protótipo, são atraentes por poderem ser finas e flexíveis. "Esta tecnologia fornece uma estratégia promissora para o uso eficiente de energia limpa e permite que a eletrônica vestível seja operada continuamente sem carregamento plugado na rede. Nosso protótipo pode representar um passo à frente em como interagimos com equipamentos de vestir e outros dispositivos de internet das coisas, como monitores remotos de saúde em tempo real," disse Bi. Bateria de zinco-manganês Tanto a bateria de zinco e manganês (Zn-MnO2) quanto as células solares de perovskita foram fabricadas em camadas aplicadas por um sistema de jato de tinta e eletrodeposição, um sistema de baixo custo. "A microbateria de zinco otimizada apresentou uma densidade de energia volumétrica ultra-alta de 148 mWh cm-3 (16,3 µWh cm-2) e uma densidade de potência de 55 W cm-3 (6,1 mW cm-2) na densidade de corrente de 400 C (5 mA cm-2), permitindo compará-la com as microbaterias ou supercapacitores de última geração fabricados por métodos convencionais," escreveu a equipe. São esses indicadores que permitem que essas baterias ultrafinas sejam carregadas rapidamente por células solares, compondo um sistema de autocarregamento capaz de oferecer autonomia energética para eletrônicos miniaturizados. O protótipo levou a carga da bateria a 100% em 10 segundos, provendo carga suficiente para alimentar sensores e uma luz de LED por quase uma hora. "As características exclusivas do nosso sistema fotorrecarregável ultrarrápido podem promover amplas aplicações em internet das coisas vestíveis autoalimentadas, sistemas de energia autônomos e eletrônicos de emergência. Além disso, ele ampliará a percepção e a visão sobre como projetar a próxima geração de sistemas fotorrecarregáveis flexíveis miniaturizados," disse o professor Wei Zhang, coordenador da equipe. Fonte: inovacaotecnologica