Investigadores norte-americanos desenvolvem novo material para a IoT
A John Hopkins University, dos Estados Unidos, desenvolveu um novo material, “mais forte e mais durável” para ajudar a criação de sensores microelectromecânicos avançados (MEMS), necessários para a Internet das Coisas (IoT)
Pedro Cristino
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A John Hopkins University, dos Estados Unidos, desenvolveu um novo material, “mais forte e mais durável” para ajudar a criação de sensores microelectromecânicos avançados (MEMS), necessários para a Internet das Coisas (IoT).
Segundo o artigo publicado por esta universidade do estado de Maryland, o futuro tecnológico “de tudo, desde automóveis a motores a jacto e plataformas petrolíferas, bem como de dispositivos, aparelhos e serviços de utilidade pública, que integram a IoT, dependerá de sensores microscópicos”.
Contudo, a peça frisa que este tipo de sensores é, na sua maioria, concebida em silicone, o que apresenta os seus limites. Neste sentido, Kevin Hemker, investigador da universidade, lidera uma equipa que está agora a apresentar o seu sucesso no desenvolvimento de um novo material “que promete ajudar a assegurar que estes sensores, também conhecidos como sistemas microelectromecânicos, podem continuar a satisfazer as exigências da próxima fronteira tecnológica”.
“Desde há alguns anos que temos tentado produzir MEMS a partir de materiais mais complexos” que são mais resistentes aos danos e melhores na condução de calor e electricidade, explicou o engenheiro, que trabalhou com um grupo de estudantes, investigadores, formandos em pós-doutoramento e com a faculdade.
A universidade explica que a maior parte dos dispositivos MEMS têm estruturas internas mais pequenas do que um cabelo humano e são feitas a partir de silicone. Estes aparelhos funcionam bem em temperaturas amenas, mas “mesmo modestas quantidades de calor – cerca de duas centenas de graus [fahrenheit] – levam a que os mesmos percam a sua força e a sua capacidade para conduzir sinais electrónicos”, uma vez que se trata de um material frágil, propenso a quebras.
Por estas razões, apesar de o silicone figurar no núcleo das tecnologias MEMS há várias gerações, o material não é ideal, especialmente sob altas temperaturas e sob a tensão física a que os dispositivos do futuro terão desse submeter, se forem utilizados com o objectivo de abrir caminho para tecnologias como a Internet das Coisas.
“Estas aplicações exigem o desenvolvimento de materiais avançados com maior força, densidade, e condutibilidade eléctrica e térmica” que assegurem a sua integridade e possam ser concebidos a uma escala microscópica, destacam os autores deste estudo, explicando que materiais para MEMS, com este tipo de propriedades, não estão actualmente disponíveis.
A procura por novos materiais levou os investigadores a considerarem combinações de metais com níquel na sua constituição, que são vulgarmente utilizados para materiais estruturais avançados. De acordo com o artigo, as super ligas com base de níquel são já utilizados para construir motores a jacto.
Considerando a necessidade de estabilidade dimensional, os investigadores fizeram experiências, juntando molibdénio e tungsténio à mistura, com vista a limitar a expansão que o níquel puro sofre com o calor.
Numa peça de equipamento com uma dimensão semelhante à de um frigorífico, num laboratório, a equipa atinge “os alvos” com iões para vaporizar as ligas em átomos, depositando-os numa superfície ou substrato. Isto criou uma película que pode ser “descascada”, criando assim películas independentes com uma espessura média de 29 micrómetros – menos do que a espessura de um cabelo humano.
Estas películas apresentaram “propriedades extraordinárias”. Quando puxadas, demonstraram ter uma resistência à tracção – o que significa capacidade para manter a forma sem deformar ou quebrar – “três vezes superior que o aço de alta resistência”. Apesar de alguns materiais terem resistência semelhante, ou não aguentam as altas temperaturas ou não poderão ser facilmente moldados em componentes MEMS, destaca a universidade.
“Pensámos que misturar metais nos ajudaria com a resistência, bem como com a estabilidade térmica”, afirmou Hemker, referindo que, contudo, a equipa não sabia que esta experiência a iria ajudar tanto quanto ajudou. Segundo o investigador, a notável resistência deste material deve-se à padronização à escala atómica da estrutura interna de cristal da liga. A estrutura reforça o material e tem o benefício acrescido de não impedir a capacidade do material para conduzir electricidade.
As películas conseguem aguentar altas temperaturas e são estáveis tanto do ponto de vista térmico como mecânico. Os membros da equipa encontram-se agora a planear os próximos passos do desenvolvimento desta solução, o que envolve moldar as películas para torná-las componentes MEMS. Neste sentido, os investigadores já apresentaram um pedido de registo de patente para esta liga.