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 nas indústrias de alta tecnologia, especialmente no setor de semicondutores com impacto ambiental. Seu trabalho se concentra no desenvolvimento de eletrônicos de grande área (LAEs), como monitores de próxima geração, eletrônicos vestíveis e sensores para diversas aplicações emergentes.
Por meio de seu trabalho, o Professor Anthopoulos visa abordar um grande desafio na produção de LAEs: combinar funcionalidade avançada com custos reduzidos de fabricação e ambientais. Ao analisar quatro vertentes de pesquisa em paralelo – cada uma abordando um aspecto diferente de LAE – ele visa fazer avanços transformadores que abrirão caminho para a eletrônica sustentável do futuro.
Alto desempenho, mas caro
LEAs – diferentemente dos eletrônicos tradicionais, que são tipicamente fabricados em substratos pequenos e rígidos como wafers de silício – são feitos em substratos muito maiores, geralmente flexíveis. Isso significa que 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 de 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 lidar com essa questão, Thomas Anthopoulos, com sua equipe na Universidade de Manchester, está realizando uma pesquisa fundamental projetada para repensar os métodos de fabricação. Seu objetivo é olhar para a ciência fundamental e desenvolver técnicas escaláveis e energeticamente eficientes que possam produzir LAEs capazes de se integrar perfeitamente com a infraestrutura eletrônica existente, ao mesmo tempo em 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:
- Desenvolvendo novos paradigmas de padronização para produção escalável e sustentável de LAEs.
- Demonstrando métodos de crescimento de materiais com eficiência energética.
- Explorando materiais ecológicos que são abundantes.
- Demonstrar LAEs avançados que possam interagir com a infra-estrutura electrónica existente.
Maximizando o impacto
Oferecer uma mudança de paradigma em como LAEs com características críticas de tamanho nanométrico são fabricados é o objetivo central deste programa. Ao abordar a ciência fundamental, o Professor Anthopoulos visa oferecer 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 pesquisa fundamental que tenha potencial para aplicações práticas. Gosto muito de abordar um problema de um ponto de vista diferente e buscar pesquisa interdisciplinar é um elemento-chave disso. Manchester tem uma história rica, com o isolamento do grafeno servindo como um exemplo primordial 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, exclusivos 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 grandes áreas, 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 escalonáveis para diodos de radiofrequência usando luz (Nature Communications 2022) e o desenvolvimento de fotovoltaicos orgânicos impressos com eficiência recorde apresentando automontagem intercamadas moleculares (ACS Energy Letters 2020; Advanced Energy Materials 2022).
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O Instituto de Ciência de Fótons (PSI)
O PSI permite e catalisa ciência e inovação líderes mundiais usando ferramentas de fotônica, espectroscopia e imagem de ponta. Sua pesquisa pioneira é líder em materiais e dispositivos fotônicos, eletrônicos e quânticos, desenvolvimento de instrumentação avançada e biofotônica e espectroscopia bioanalítica.
Para discutir mais esta pesquisa, entre em contato com o Professor Anthopoulos em thomas.anthopoulos@manchester.ac.uk
