NANO MATERIAIS, APLICAÇÕES FUTURAS E

EVOLUÇÃO NOS COMPONENTES ELETRÔNICOS

GRAFENO E NANOTUBOS DE CARBONO

Quem descobriu inicialmente o grafeno foi o físico Philip Russel Wallace, que desenvolveu alguns estudos sobre o material, posteriormente, em 1962, Urich Hofmann e Hanns-Peter Boehm deram sequencia aos estudos de Philip, foram os dois que acabaram dando o nome que conhecemos ao material, mas também não evoluíram muito em suas pesquisas.

O material já era homologado na literatura química desde 1994, mas foi apenas em 2004, estudando possíveis saídas para o esgotamento da Lei de Moore Andre Geim e Konstantin Novoselov, dois físicos russos que atuam na Universidade de Manchester, na Inglaterra, iniciaram experiências que radicalizariam as possibilidades de aplicação do grafeno. Isolando partículas cada vez menores do material, até chegar a dimensões imperceptíveis a olho nu, os físicos chegaram a um material, bidimensional, como uma folha de papel, composto por átomos de carbono densamente alinhados em uma rede cristalina com formato hexagonal e um átomo de espessura, com alta condutividade térmica e elétrica.

Desde então, os físicos se empenharam para conseguir uma façanha divisora: desenvolver um transistor, feito à base de grafeno, de dimensões nanométricas, que possibilitasse uma aplicação tecnológica capaz de substituir, com uma infinidade de vantagens, o silício – grande responsável pelas pequenas revoluções que vimos surgir de 2000 para cá. Em 2010, em justo reconhecimento da comunidade científica, os dois pesquisadores russos foram agraciados com o Prêmio Nobel de Física.

PROPRIEDADES Ótimos condutores, com boa mobilidade

eletrônica É a substância mais resistente que se conhece

200 vezes mais resistente que o aço O material mais fino do Mundo: um átomo de

espessura 06 vezes menos denso que o aço(pesa menos) Absorção ótica variável 97% de transparência Alta condutividade térmica Resistência elétrica 100 vezes melhor que o

cobre. Propriedades interessantes para experiências

de física moderna

O QUE SÃO ESSES MATERIAIS O grafite que conhecemos é composto por várias

camadas de átomos de carbono, e essas camadas que tornam o material tão resistente, mas como? O grafite quebra tão fácil! É exatamente por as camadas de átomos não estarem ligadas que o grafite é tão fraco, mas se essas camadas forem ligadas de alguma forma, o material torna-se incrivelmente resistente.

Em suas pesquisas, Geim esfregou grafite em uma placa de vidro com uma camada de oxido, o que lhe permitiu estudar o material. Assim ele percebeu que se conseguisse compactar as camadas de carbono presentes no grafite, faria com que átomos de carbono formassem redes hexagonais quase perfeitas, como se fossem colmeias de abelhas, interligadas umas as outras e tendo apenas um átomo de espessura, o que explica o fato de o material ser tão fino.

APLICAÇÕES Extrair substâncias radioativas das soluções de água Ecrãs tácteis flexíveis – Colocado sobre um suporte dúctil, o

grafeno pode ser enrolado ou dobrado como uma folha de papel. A Samsung já iniciou um programa que prevê instalá-lo nos futuros ecrãs tácteis.

Novos materiais – Os compostos de grafeno podem ser usados na indústria aeronáutica para obter componentes mais leves.

Invisibilidade – Possui a capacidade de desviar os raios de luz, o que poderá servir, a prazo, para tornar “invisíveis” os objectos cobertos por uma camada do material.

Microprocessadores , Transistores nanométricos , circuitos integrados, Ultracapacitores - Os electrons viajam mais depressa no grafeno do que noutros materiais à temperatura ambiente. Assim, pode ser utilizado para aumentar a rapidez das comunicações sem fios e para fabricar computadores mais potentes.

Painéis solares flexíveis – Os metais convencionais absorvem a luz. O grafeno, pelo contrário, incorporado num painel solar, irá facilitar o abastecimento de energia a numerosos dispositivos eletrônicos.

Baterias – Serão fabricados ultracondensadores para armazenar mais energia do que as baterias convencionais e durante mais tempo.

Televisores – O grafeno é transparente, pelo que pode ser utilizado para conferir maior luminosidade e contraste aos ecrãs de televisão.

Detectores de luz – O grupo liderado por Tomás Palacios no MIT estuda a forma de utilizar o grafeno para detectar fotões em condições de fraca luminosidade. Isso permitiria, por exemplo, desenvolver óculos de visão nocturna extremamente eficazes.

Condutividade eléctrica – A capacidade do grafeno para transportar electricidade é superior à dos materiais tradicionais.

Comunicações ópticas – Segundo uma equipa de investigadores da Universidade Nacional de Singapura, o grafeno possui a capacidade de polarizar a luz, uma faculdade que pode ser aproveitada para criar circuitos fotónicos e sistemas de comunicações de elevada velocidade ou seja cabos de trafego de dados(Internet) ultravelozes.

Blindagem magnética, térmica, radiofrequência – A dureza do material leva a que ele seja especialmente adequado para acrescentar resistência mecânica a outros materiais. Um colete à prova de bala de kevlar que integrasse compostos de grafeno seria muito mais leve e resistente do que os actuais.

FABRICAÇÃO INDUSTRIAL Os esforços realizados para disseminar a utilização industrial

de nanotubos de carbono de paredes múltiplas e do grafeno contribuíram para diminuir seu preço de US$ 45 mil o quilograma (kg) no início dos anos 2000 para aproximadamente US$ 100 o kg em 2012.

Pesquisadores da Samsung e da Universidade Sungkyungkwan, na Coreia do Sul, anunciaram em ter descoberto uma técnica para fabricar grafeno em larga escala e a partir de junho de 2014 foi anunciado o start da produção do nanomaterial. Este é um dos avanços mais significativos nas pesquisas com grafeno na história. Espera-se que esta descoberta acelere a comercialização do grafeno, o que poderia alavancar a próxima era da tecnologia da eletrônica de consumo," disse a Samsung em nota.

Smartphone conceito da Philips, feito com grafeno, que pode ser utilizado como pulseira

A StoreDot reafirma a possibilidade de recarregar totalmente um smartphone em apenas alguns segundos e diz que a invenção avança em passos largos para chegar em 2016.

A tecnologia usada é a mesma: os “nanodots”, partículas descritas como peptídeos moleculares biológicos, possibilitam um carregamento rápido e uma retenção de carga mais eficiente graças à nanotecnologia e conceitos aprendidos da própria natureza.

A companhia conseguiu levantar um investimento de US$ 48 milhões nos últimos meses, sendo que um dos investidores é uma fabricante de smartphones asiática.

Um aparelho equipado com as baterias da StoreDot devem custar entre US$ 100 e US$ 150 a mais do que o modelo convencional sem ela. Esse componente deve ser capaz de aguentar 1,5 mil recargas completas antes de apresentar problemas.

Outra pesquisa, essa feita pelos cientistas da Universidade de Berkeley, na Califórnia, descobriu-se que talvez o segredo não esteja nos cabos, mas sim nos moduladores de rede – equipamento responsável por gerenciar o envio dos pacotes na internet.

No trabalho, liderado pelo professor de engenharia Xiang Zhang, o grupo de estudo construiu um modulador com capacidade de transmissão muito superior à dos atuais. De acordo com eles, a invenção pode elevar a velocidade da transmissão de dados a taxas que chegam aos 100 terabits.

O grafeno possui 200 vezes mais mobilidade de elétrons do que o silício usado nos componentes atuais, por exemplo. Transistores de grafeno não são apenas rápidos – eles são insanamente rápidos. Eles chegam a um clock de até 427 GHz, algo muito além do que você consegue com processadores atuais. 

Um grupo de cientistas conseguiu combinar duas das tecnologias mais promissoras que possuímos atualmente – o grafeno e o armazenamento holográfico – para criar uma mídia física capaz de armazenar uma enorme quantidade de dados.

O resultado, segundo o ExtremeTech, é realmente impressionante. É possível gravar nada menos que 200 GB por centímetro cúbico; logo, espere algumas dezenas de terabites disponíveis por disco. Além disso, Min Gu, o chefe do projeto da Universidade de Tecnologia de Swinburne, na Austrália, declarou que a forma como o disso opera permite que seus dados possam ser recuperados mesmo com a mídia quebrada.

MEMRISTOR Para quem ainda não conhece, os três principais componentes

fundamentais da eletrônica são...O Resistor, o capacitor e o indutor

A idéia por trás do memristor foi abordada primeiramente em 1971 pelo professor Leon Chua na Universidade California Berkeley, na Inglaterra, quando, através de técnicas matemáticas, ele provou a existência de tal componente. Outros cientistas já haviam proposto relacionamentos de fluxo de carga não lineares fixos, mas a teoria de Chua introduziu generalidade ao tema.

Entrentando, apenas 35 anos após a prova matemática é que houve a prova prática: os pesquisadores da HP foram os primeiros que implementaram o memristor, mostrando sua existência no ano de 2006. Dois anos depois, em 2008, a revista Nature publicou a descoberta da companhia e, em 2009, engenheiros da HP mostraram que memristores poderiam ser empilhados, sugerindo que um chip poderia oferecer entre 4 a 8 vezes a quantidade de memória das tecnologias tradicionais.

O Memristor é, na verdade, uma junção entre a capacidade resistiva (do resistor) e a memorização (das memórias).

Como são os memristores? Bom, evidentemente, o memristor é construído com nanotecnologia, portanto você jamais conseguirá vê-lo sem o auxílio de um instrumento apropriado. Abaixo você pode conferir uma imagem que mostra 17 memristores bem de perto.

NOVAS UNIDADES DE MEMÓRIA

O memristor tende a revolucionar completamente a informática. Por ser um tipo de memória em tamanho nano, ele ocupa pouquíssimo espaço físico, o que levará as fabricantes de memória a investirem nesse ramo. Evidentemente, além do espaço, o memristor é mais rápido em todos os sentidos, principalmente por armazenar os dados sem a necessidade de energia.

HD´S

É muito provável que os memristores sejam o futuro próximo do armazenamento, porque eles têm uma capacidade muito maior do que os HDs e os SSDs.

Para ter uma ideia, em apenas 1 cm² será possível armazenar 125 MB, ou seja, no mesmo espaço de um SSD comum será possível armazenar aproximadamente 1,5 TB (TeraBytes) ou quem sabe muito mais.

CROSSBAR LATCH

A HP anunciou em 2005 que seus pesquisadores criaram uma tecnologia que poderá substituir os transistores como elemento básico para a construção de equipamentos eletrônicos. O transistor é uma das maiores invenções humanas de todos os tempos, sendo o responsável por toda a revolução da eletrônica, das comunicações e dos computadores a partir da metade do século passado. O Crossbar Latch na verdade era um memristor. A experiência pode ser considerada a primeira a disponibilizar componentes eletrônicos em nanoescala capazes de efetivamente substituir a tecnologia do silício.

PROCESSADORES 32 CORES

Antes do seu adiamento, o projeto da Intel conhecido como “32-core Keifer” tinha previsão para 2010. Isso mesmo, 32 núcleos em um único processador! Embora nada tenha sido confirmado pela empresa após a mudança de data, ainda sem previsão, isto mostra que a tecnologia para a elaboração do componente já está bastante próxima, provavelmente a empresa esbarrou na complexidade exigida dos demais componentes. Assim como um processador quad core não desenvolveria seu potencial ao trabalhar com memórias DDR, jamais seria possível administrar 32 cérebros simultâneos com o padrão atual de hardwares. A forma com que o processamento é lidado pela máquina também precisa evoluir para se tornar compatível, somente então trabalhar com um processador de 32 núcleos se tornará uma realidade.

FUSÃO CPU-GPU

Também é fato que após uma grande disputa com a Intel, a AMD acabou comprando a ATI (desenvolvedora de placas gráficas). Consegue imaginar o resultado disto? A resposta está na fusão CPU-GPU (do processador com a placa gráfica), chamado pela empresa de AMD Fusion ou simplesmente Fusion graças a evolução dos componentes em escala nanométrica.

Trata-se basicamente em dedicar alguns dos núcleos do processador central para os cálculos e aplicação de efeitos dos vídeos e gráficos em 3D, já que os núcleos “genéricos” desempenham muito mal esta tarefa. Se levarmos em conta que o setor das GPUs é um dos pioneiros em demanda de tecnologia, desenvolver um processador híbrido como este seria capaz de elevar o potencial gráfico a um novo patamar, e foi.

RERAM(RESISTIVE RANDOM ACCESS MEMORY)

Vale lembrar que, assim como outras tecnologias baseadas em silício, a memória flash está aproximando-se dos limites físicos defasando assim a lei de Moore, do que é possível realizar em termos de miniaturização e que elas se desgastam após aproximadamente 100.000 ciclos de leitura e gravação. Testes de laboratório tem mostrado que os memristores podem lidar com cerca de um milhão de ciclos de leitura e gravação. A HP e a Hynix Semicondutores anunciaram recentemente o inicio do desenvolvimento conjunto de uma tecnologia memristor chamada ReRAM, que consome um décimo da energia das memórias flash atuais atingindo mais de 100 vezes sua velocidade. Dentro de três anos, dispositivos ReRAM podem começar a substituir memórias de acesso randômico (RAM) e flash.

ARSENETO DE CÁDMIO Desde que foi descoberto, o grafeno foi considerado um grande

milagre da tecnologia. Ao mesmo tempo, não foram poucos que tentaram tomar seu posto – e parece que agora temos mais um competidor de peso dando as caras, segundo a matéria publicada na revista Nature.

O material do qual estamos falando chama-se arseneto de cádmio. Este é, basicamente, um composto com exatamente as mesmas propriedades condutoras do grafeno; a diferença, porém, é que o cádmio é um cristal com formato tridimensional, enquanto o grafeno possui apenas duas dimensões.

Neste momento, você provavelmente deve estar se perguntando o porquê de o arseneto ser tão útil – afinal, o grafeno faz mais em menos espaço, por assim dizer. Mas é justamente aí que está uma das maiores fraquezas do famoso material: por ter apenas duas dimensões, não é exatamente fácil produzi-lo em escalas industriais, e ainda menos adicioná-lo em componentes.

Com tudo o investimento e pequeno ainda neste nanomaterial pois muito dinheiro está e já foi aplicado em torno da pesquisa do grafeno.

MICHIGAN MICRO MOTE: O MENOR COMPUTADOR DO MUNDO POSSUI

APENAS 1 MM³

Esteve em desenvolvimento durante uma década e David Blaauw é o professor titular do projeto na Universidade de Michigan (Estados Unidos). • As formas de comunicação do computador com outros dispositivos é diferente, afinal de contas não existem formas de acoplar teclados ou mouses a uma estrutura tão pequena assim.• A programação dele é feita por meio de luz. Isso mesmo, a emissão de luz por meio de um operador estroboscópico.

Há diversos profissionais da medicina que já estariam interessados em maneiras de levar o equipamento de Michigan para implantes e eletrônicos injetáveis para pacientes com uma série de doenças — pois ele poderia triar fotos, ler temperaturas e gravar uma série de informações acerca das condições de saúde das pessoas em que ele for conectado.

Executivos ligados á indústria de petróleo que estariam imaginando formas de usar o Michigan Micro Mote em seus mercados — para medições de qualidade, profundidade e preenchimento de poços e diversas outras características dos produtos.

Ele poderia ser usado para “prevenir perdas de chaves, carteiras e outros pequenos itens”, pois a conexão de sensores se tornaria bem mais portátil.

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