MADRID, 11 maio (EUROPA PRESS) -
O Conselho Superior de Pesquisas Científicas (CSIC) participa de um projeto internacional que fabricará um novo tipo de cerâmicas condutoras de eletricidade (eletrocerâmicas) a partir de materiais de biomassa (celulose) e por meio de “um processo mais rápido, eficiente, sustentável e mais barato”. O projeto é relevante para a indústria de semicondutores, responsável pelo projeto e fabricação dos chips que integram toda a tecnologia.
A iniciativa, que foi selecionada e financiada no edital europeu M-ERA.net, despertou o interesse de mais de meia dúzia de empresas de todo o mundo que, segundo o CSIC, desejam testar esse desenvolvimento tecnológico de última geração.
“Vamos criar eletrocerâmicas por meio da impressão 3D em modo multimaterial, ou seja, de uma só vez nossa impressora 3D permite combinar vários materiais na mesma impressão”, explicou Bernd Wicklein, pesquisador do CSIC no Instituto de Ciência dos Materiais de Madri (ICMM-CSIC) e líder do projeto na Espanha.
A chave dessas cerâmicas é que elas serão condutoras graças à adição de nanopartículas (de um tamanho que é a milionésima parte de um milímetro) de celulose, e que receberão um tratamento térmico ultrarrápido durante o qual se transformam em nanoestruturas carbonosas condutoras.
Para explicar isso, o pesquisador dá o exemplo da cerâmica convencional e afirma que “qualquer pessoa que trabalhe com cerâmica sabe que são necessárias muitas horas para que o barro se transforme em cerâmica”.
Agora, este projeto realizará esse processo de aquecimento e calcinação em poucos minutos. “A equipe da Eslovênia utiliza uma técnica única que permite atingir 1.250 graus em apenas dois minutos e meio”, comenta Wicklein. Trata-se de uma técnica muito avançada para a fabricação de cerâmicas pequenas, as que são usadas na indústria de semicondutores.
“Queremos fazer isso tão rápido porque gastamos menos energia elétrica ao encurtar o processo de aquecimento, mas, além disso, a microestrutura da cerâmica, ou seja, a disposição das partículas que compõem o material, fica muito mais refinada, mais fina”, continuou o cientista.
O projeto, chamado “Prime”, permitirá a fabricação em uma única etapa dos componentes eletrocerâmicos que suportam os chips semicondutores durante sua fabricação, algo que será alcançado graças à combinação dos três elementos mencionados: a adição de nanocelulose — o que destaca a importância do uso de biomassa para o desenvolvimento de uma eletrônica mais sustentável —, a fabricação multimaterial e o processo ultrarrápido de consolidação térmica.
“Essa capacidade permite a incorporação direta de zonas condutoras, aquecedores, eletrodos e sensores dentro de peças cerâmicas complexas, mantendo a excepcional resistência térmica, mecânica e química das cerâmicas avançadas”, descreveu Wicklein.
Para demonstrar a viabilidade desse novo tipo de cerâmica, serão fabricados protótipos dos chamados “wafer chucks”, uma espécie de porta-chips que combinam zonas condutoras com outras de dissipação de calor graças ao uso de cerâmicas com propriedades térmicas diferentes.
“A produção de semicondutores depende de equipamentos de alta tecnologia personalizados que exigem extrema precisão, pureza e confiabilidade”, explicou o cientista, argumentando que, atualmente, esses componentes são fabricados por meio de processos em várias etapas que “são caros, consomem muita energia e limitam a liberdade de projeto”.
Essas limitações seriam eliminadas graças ao fato de que este projeto “permite a fabricação em uma única etapa de componentes eletrocerâmicos que integram regiões condutoras e isolantes com precisão dentro de um mesmo corpo, atendendo a rigorosos requisitos de pureza e desempenho sem revestimentos nem montagens metálicas”.
REDUÇÃO DE CUSTOS
O projeto, liderado pela startup alemã Amaarea Technology GmbH e com a participação do CSIC e do Instituto Jozef-Stefan da Eslovênia, conta com um plano de ação sinérgico. Primeiro, o ICMM preparará a mistura cerâmica integrando seu aditivo com nanocelulose (baseado em uma patente anterior do centro).
Em seguida, a Alemanha imprimirá os componentes em sua impressora 3D multimaterial, e estes serão enviados para a Eslovênia, onde será realizado o tratamento térmico para conferir estrutura cerâmica ao material impresso na Alemanha. “Em seguida, o material retorna à Espanha, onde verificamos se as propriedades elétricas são as esperadas”, continua Wicklein.
“O Prime reforçará a competitividade da Europa na fabricação de semicondutores e equipamentos de alta tecnologia por meio do estabelecimento de um novo paradigma de produção flexível e altamente eficiente para produtos eletrocerâmicos funcionais”, destacou o pesquisador.
De fato, ele garante que será possível reduzir os custos de fabricação e o consumo de energia, ao mesmo tempo em que se aumentará o rendimento das fábricas de semicondutores e se reduzirão os índices de desperdício. “Também encurtaremos os ciclos de desenvolvimento por meio da iteração rápida do projeto e da produção europeia localizada e energeticamente eficiente”, argumentou o cientista.
O projeto, que já despertou interesse na indústria internacional de semicondutores, conta com mais de meia dúzia de empresas que manifestaram seu compromisso de apoiar e validar os resultados do projeto.
Além disso, do ponto de vista ambiental, “o Prime demonstra sistemas de materiais de base biológica e processos sustentáveis, reduzindo substancialmente as emissões de CO2 por meio de um conceito de consolidação ultrarrápida, do uso eficiente de recursos e da dependência de matérias-primas críticas, em plena consonância com o Pacto Verde Europeu e os princípios da economia circular”, conclui Wicklein.
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