A necessidade de lidar com as mudanças climáticas está se tornando mais urgente, tornando a fabricação sustentável de bens uma preocupação global. No entanto, tornar todas as indústrias sustentáveis é difícil, especialmente setores de alta tecnologia como a indústria de semicondutores. Esta última, que é crucial para a fabricação de dispositivos eletrônicos, tem um impacto ambiental significativo, com uma parcela considerável da pegada de carbono de um produto incorrida antes mesmo de ele sair da fábrica.
A pesquisa liderada pelo Professor Thomas Anthopoulos, Professor de Optoeletrônica Emergente, visa tornar a fabricação sustentável uma realidade em indústrias de alta tecnologia, especialmente o setor de semicondutores de impacto ambiental. Seu trabalho se concentra no desenvolvimento de eletrônicos de grande área (LAEs), como displays de próxima geração, eletrônicos vestíveis e sensores para várias aplicações emergentes.
Através do seu trabalho, o Professor Anthopoulos pretende enfrentar um grande desafio na produção de LAEs: combinar funcionalidade avançada com custos reduzidos de produção e ambientais. Ao analisar quatro vertentes de investigação em paralelo – cada uma abordando um aspecto diferente da LAE – ele pretende fazer avanços transformadores que abrirão o caminho para a electrónica sustentável do futuro.
Alto desempenho, mas caro
LEAs – ao contrário dos eletrônicos tradicionais, que normalmente são fabricados em substratos pequenos e rígidos como pastilhas de silício – são feitos em substratos muito maiores, muitas vezes flexíveis. Isto significa que os componentes eletrônicos podem ser integrados em diferentes superfícies e materiais. Exemplos de LEAs incluem: aparelhos de TV; telas de celulares e tablets que podem dobrar ou rolar (o Galaxy Fold da Samsung e os displays OLED flexíveis da LG são bons exemplos); eletrônicos vestíveis, como roupas inteligentes, rastreadores de condicionamento físico e dispositivos de monitoramento de saúde; células solares impressas; e displays interativos usados em leitores eletrônicos como o Amazon Kindle, que imitam a aparência da tinta no papel.
LAEs são um campo emergente. No entanto, o seu rápido crescimento traz desafios como a disponibilidade de materiais essenciais, o fabrico com eficiência energética, o desempenho dos dispositivos e as soluções para o fim da vida útil dos produtos. Um grande desafio na produção de LAEs é equilibrar o desejo de funcionalidade dos usuários com a necessidade de reduzir custos. Para resolver isso, os LAEs são atualmente combinados com chips de silício. No entanto, embora isto apoie a funcionalidade, aumenta significativamente as emissões de carbono.
Repensando a manufatura
Para resolver este problema, Thomas Anthopoulos e a sua equipa da Universidade de Manchester estão a realizar pesquisas fundamentais destinadas a repensar os métodos de produção. O seu objetivo é olhar para a ciência fundamental e desenvolver técnicas escaláveis e energeticamente eficientes que possam produzir LAEs capazes de se integrarem perfeitamente com a infraestrutura eletrónica existente, ao mesmo tempo que permitem funcionalidades adicionais.
Abordando gargalos de fabricação
Com base em pesquisas anteriores focadas em LEAs, o Professor Anthopoulos buscará avançar LAEs abordando gargalos cruciais de fabricação, como o trade-off entre produção de alto rendimento e padronização de alta precisão. Sua abordagem compreende quatro impulsos de pesquisa que visam abordar esses aspectos principais e incluem:
- Desenvolver novos paradigmas de padronização para produção escalável e sustentável de LAEs.
- Demonstração de métodos de crescimento de materiais com eficiência energética.
- Explorando materiais ecológicos que são abundantes.
- Demonstrar LAEs avançados que possam interagir com a infraestrutura eletrônica existente.
Maximizando o impacto
Proporcionar uma mudança de paradigma na forma como os LAEs com características críticas de tamanho nanométrico são fabricados é o objetivo central deste programa. Ao abordar a ciência fundamental, o Professor Anthopoulos pretende realizar pesquisas que beneficiem a economia, a academia e a sociedade.
Para a indústria, o resultado desta investigação tem o potencial de capacitar as empresas do Reino Unido. Por exemplo, espera-se que o mercado global de LAEs cresça rapidamente nos próximos anos. Esta previsão, no entanto, depende da adoção bem-sucedida da tecnologia em diversas áreas emergentes. Assim, o acesso a tecnologias inovadoras pode ajudar as empresas do Reino Unido a permanecerem pioneiras e a conquistar este mercado, beneficiando todos os envolvidos.
No mundo acadêmico, a abordagem do Professor Anthopoulos criará novos conhecimentos sobre eletrônica sustentável, incentivará a colaboração entre diferentes áreas, promoverá a eletrônica sustentável, treinará pesquisadores juniores e atrairá os melhores talentos para o Reino Unido.
O programa também beneficiará o público. A produção sustentável de LAEs permitirá novas funções eletrônicas com impacto ambiental mínimo, ao mesmo tempo em que aliviará a dependência da sociedade em chips de silício poluentes. Essas tecnologias inovadoras criarão novas possibilidades em saúde pessoal, educação, entretenimento, entre outras, impactando positivamente a sociedade.
O professor Anthopoulos explica mais sobre sua abordagem. “Estou interessado em pesquisas fundamentais que tenham potencial para aplicações práticas. Gosto muito de abordar um problema de um ponto de vista diferente e realizar pesquisas interdisciplinares é um elemento-chave disso. Manchester tem uma história rica, com o isolamento do grafeno servindo como um excelente exemplo de como uma nova perspectiva pode levar a descobertas inovadoras.”
“Também acredito firmemente na colaboração multidisciplinar; tento aumentar o impacto do meu trabalho trabalhando com pessoas com conhecimentos diferentes enquanto aprendo coisas novas. Manchester tem uma forte reputação em eletrônica de grande área, incluindo eletrônica flexível e impressa, funções avançadas materiais e fabricação. Fundamentalmente, abrigamos instalações exclusivas, como o National Graphene Institute (NGI), o Henry Royce Institute for Advanced Materials e o Photon Science Institute, todos localizados no campus e, além disso, únicos no Reino Unido. , as extensas parcerias da universidade com líderes da indústria oferecem oportunidades adicionais para novas colaborações, networking e comercialização potencial de resultados de pesquisas promissores.
“Por último, mas não menos importante, a universidade tem uma reputação global em mudanças climáticas, sustentabilidade e política energética. Isso faz de Manchester o lugar ideal para minha pesquisa, que, em seu cerne, visa tornar a eletrônica do futuro mais sustentável e valiosa para nossa sociedade.”
Sobre Thomas Anthopoulos
Thomas Anthopoulos é professor de Optoeletrônica Emergente na Universidade de Manchester. Ele é reconhecido como um especialista líder mundial em ciência e tecnologia de optoeletrônica de grande área com contribuições inovadoras para o avanço de semicondutores orgânicos e inorgânicos solúveis. Exemplos recentes incluem o desenvolvimento de diodos Schottky imprimíveis com frequência operacional recorde (Nature Electronics 2020), métodos de fabricação rápidos e escaláveis para diodos de radiofrequência usando luz (Nature Communications 2022) e o desenvolvimento de fotovoltaicos orgânicos impressos com eficiência recorde apresentando intercamadas moleculares automontadas (ACS Energy Letters 2020; Advanced Energy Materials 2022).
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O Instituto de Ciência de Fótons (PSI)
O PSI habilita e catalisa ciência e inovação líderes mundiais usando as ferramentas de fotônica de ponta, espectroscopia e geração de imagens. Sua pesquisa pioneira em materiais e dispositivos fotônicos, eletrônicos e quânticos, desenvolvimento de instrumentação avançada e BioFotônica e espectroscopia bioanalítica.
Para discutir esta pesquisa mais detalhadamente, entre em contato com o Professor Anthopoulos em thomas.anthopoulos@manchester.ac.uk
