Los dispositivos electrónicos fáciles de fabricar y de muy bajo consumo podrían cargarse de la nada

Los dispositivos electrónicos fáciles de fabricar y de muy bajo consumo podrían cargarse de la nada

Impresión artística de un transistor CNT impreso basado en nanodieléctrico híbrido Crédito: Luis Portilla

Los investigadores han desarrollado un nuevo enfoque para la electrónica impresa que permite dispositivos electrónicos de potencia ultrabaja que podrían recargarse con la luz ambiental o el ruido de radiofrecuencia. El enfoque allana el camino para la electrónica impresa de bajo costo que podría integrarse sin problemas en objetos y entornos cotidianos.

Los dispositivos electrónicos que consumen pequeñas cantidades de energía son clave para el desarrollo del Internet de las cosas, en el que los objetos cotidianos están conectados a Internet. Muchas tecnologías emergentes, desde dispositivos portátiles hasta dispositivos de atención médica, hogares inteligentes y ciudades inteligentes, necesitan transistores y circuitos electrónicos rentables que puedan funcionar con un uso mínimo de energía.

Los productos electrónicos impresos son una forma simple y económica de fabricar productos electrónicos que podrían allanar el camino para dispositivos electrónicos de bajo costo en sustratos no convencionales, como ropa, envoltura de plástico o papel, y proporcionar “inteligencia” a los objetos cotidianos.

Sin embargo, estos dispositivos necesitan operar con bajo consumo de energía y energía para ser útiles para aplicaciones del mundo real. Aunque las técnicas de impresión han avanzado considerablemente, el consumo de energía sigue siendo un desafío: las diferentes soluciones disponibles eran demasiado complejas para la producción comercial.

Ahora, investigadores de la Universidad de Cambridge, en colaboración con colaboradores de China y Arabia Saudita, han desarrollado un enfoque para la electrónica impresa que podría usarse para fabricar dispositivos de bajo costo que se recargan de la nada. Incluso las señales de radio ambientales que nos rodean serían suficientes para alimentarlos. Sus resultados se publican en la revista ACS Nano.

Dado que las baterías comerciales que alimentan muchos dispositivos tienen una vida útil limitada y un impacto ambiental negativo, los investigadores están desarrollando productos electrónicos que pueden funcionar de forma autónoma con niveles ultrabajos de energía.

La tecnología desarrollada por los investigadores ofrece circuitos electrónicos de alto rendimiento basados ​​en transistores de película delgada que son ‘ambipolares’ ya que utilizan un solo material semiconductor para transportar cargas eléctricas negativas y positivas en sus canales, en una región de operación llamada ‘profundo’. subumbral’ una frase que esencialmente significa que los transistores funcionan en una región que se considera convencionalmente como su estado ‘apagado’. El equipo acuñó la frase ‘ambipolar de subumbral profundo’ para referirse a niveles de consumo de energía y voltajes operativos ultrabajos sin precedentes.

Si los circuitos electrónicos hechos de estos dispositivos fueran alimentados por una batería AA estándar, los investigadores dicen que sería posible que funcionaran durante millones de años sin interrupciones.

El equipo, que incluía investigadores de la Universidad de Soochow, la Academia China de Ciencias, la Universidad ShanghaiTech y la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST), utilizó nanotubos de carbono impresos, cilindros ultrafinos de carbono, un semiconductor ambipolar para lograr el resultado.

“Gracias a un enfoque ambipolar de subumbral profundo, creamos productos electrónicos impresos que cumplen con los requisitos de potencia y voltaje de las aplicaciones del mundo real, y abrimos oportunidades para la detección remota y dispositivos de ‘colocar y olvidar’ que pueden operar sin baterías para su toda la vida”, dijo el coautor principal Luigi Occhipinti del Departamento de Ingeniería de Cambridge. “Lo más importante es que nuestros productos electrónicos impresos de potencia ultrabaja son simples y rentables para fabricar y superar obstáculos de larga data en el campo”.

“Nuestro enfoque de la electrónica impresa podría ampliarse para fabricar dispositivos económicos sin batería que pudieran recolectar energía del medio ambiente, como la luz solar u ondas electromagnéticas ambientales omnipresentes, como las creadas por nuestros teléfonos móviles y estaciones wifi”, dijo el codirector. autor Profesor Vincenzo Pecunia de la Universidad de Soochow. Pecunia es un ex Ph.D. estudiante e investigador postdoctoral en el Laboratorio Cavendish de Cambridge.

El trabajo allana el camino para una nueva generación de electrónica autoalimentada para aplicaciones biomédicas, hogares inteligentes, monitoreo de infraestructura y el ecosistema de dispositivos de Internet de las cosas en crecimiento exponencial.


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