Spintrónica de base biológica: sensores de campo magnético sustentáveis - printed
Partículas com núcleo de ferro e óxido de ferro numa matriz de celulose substituem matérias-primas problemáticas
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Os sensores de campo magnético encontram-se em automóveis, smartphones e sistemas de segurança. Mas muitos destes componentes são feitos de materiais que não são amigos da saúde nem do ambiente e são de produção complexa. Na revista Nature Communications, uma equipa internacional liderada por investigadores do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) apresentou agora uma alternativa sustentável: sensores impressos compostos por ferro, óxido de ferro e materiais de base biológica como a celulose e o amido. Estes sensores medem campos magnéticos de forma fiável, são produzidos com economia de recursos e podem ser eliminados de forma segura ou reciclados após a sua utilização.
Sensor de campo magnético biodegradável impresso num tomate - um exemplo de bioelectrónica sustentável.
Lin Guo
Ferro, celulose e cera de abelha: uma equipa internacional liderada por investigadores do HZDR demonstrou que estes materiais amigos do ambiente são suficientes para produzir novos sensores de campo magnético. Em vez de utilizar métodos de fabrico tradicionais, a equipa opta por tintas de base biológica e tecnologias de impressão industrial.
Atualmente, os sensores de campo magnético são um dos produtos invisíveis produzidos em massa na indústria eletrónica. Medem movimentos, posições ou distâncias e podem ser encontrados em contactos de janelas, volantes, discos rígidos, embalagens e telemóveis. Todos os anos são fabricados milhares de milhões destes componentes. "Muitos destes sensores contêm materiais como o níquel ou o cobalto", afirma o Dr. Denys Makarov, diretor do Departamento de Materiais e Sistemas Inteligentes do Instituto de Física de Feixes de Iões e Investigação de Materiais da HZDR. "Estes são materiais que podem prejudicar o ambiente e a saúde quando não são eliminados corretamente". Ao mesmo tempo, a sua produção requer frequentemente processos que consomem muita energia e etapas de fabrico complexas.
O desenvolvimento de sensores sustentáveis é um desafio técnico. Embora o ferro esteja facilmente disponível e seja biocompatível, por si só, não atinge a sensibilidade necessária para muitos dos actuais sensores de campo magnético. Por isso, a equipa de investigação combinou o ferro com óxido de ferro e desenvolveu partículas especiais do tipo core-shell, em que o núcleo de ferro está rodeado por uma fina camada de óxido.
"A humanidade conhece o ferro e a celulose há séculos", diz Lin Guo, que está a implementar o projeto na sua dissertação. "O desafio é desenvolver um sensor que funcione de forma útil com estes materiais sustentáveis". Para o fazer, observa, a composição e o processamento exactos das partículas são cruciais. De acordo com a equipa, os sensores impressos atingem níveis de sensibilidade comparáveis aos das soluções comerciais actuais em determinadas áreas.
Os sensores são produzidos por serigrafia, um processo que é mais familiar na indústria têxtil. Em vez de remover uma grande área de material, a camada de sensor é aplicada de forma direcionada. Só imprimimos sensores onde precisamos deles", explica Makarov. Isto não poupa apenas material, mas também energia.
Quando os sensores podem desaparecer
O fim da vida útil dos sensores também desempenhou um papel importante no desenvolvimento. Os componentes electrónicos convencionais são normalmente utilizados até se partirem e terem de ser eliminados. O objetivo do presente estudo é utilizar materiais que possam ser posteriormente degradados ou reciclados em segurança. Por isso, as partículas de óxido de ferro com núcleo e concha foram incorporadas numa matriz de materiais biocompatíveis, como a celulose e o amido. Uma camada de polímeros biocompatíveis ou de materiais naturais como a cera de abelha protege os sensores contra a humidade, ao mesmo tempo que determina o seu tempo de vida útil. "Ao encapsular os sensores impressos, podemos regular o tempo que permanecem estáveis", afirma Guo. A vida útil pode ser adaptada individualmente a diferentes aplicações. Se a matriz biológica se dissolver mais tarde na água, o que resta são principalmente partículas de ferro oxidadas. "Isso é basicamente ferrugem", diz Denys Makarov. Substâncias potencialmente tóxicas, como certos compostos de níquel e cobalto, são intencionalmente excluídas do processo.
A tecnologia necessária para fabricar sensores de campo magnético impressos já foi licenciada. Agora, a equipa está a trabalhar em aplicações específicas, especialmente em áreas em que os componentes electrónicos são necessários apenas durante um determinado período de tempo, como em embalagens inteligentes, produtos médicos descartáveis e sistemas de sensores agrícolas. Neste caso, os sensores de campo magnético sustentáveis poderão, no futuro, ajudar a produzir eletrónica de forma mais sustentável.
Em paralelo, a equipa já está a trabalhar em conceitos adicionais. Os futuros projectos centrar-se-ão, entre outros aspectos, em encapsulamentos mais duradouros, novos materiais biocompatíveis e na integração de sensores em sistemas electrónicos flexíveis.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Lin Guo, Rui Xu, Proloy Taran Das, Eduardo Sergio Oliveros-Mata, Xuan Peng, Oleksandr V. Pylypovskyi, René Hübner, Fabian Ganss, Xiaotao Wang, Yi Li, Sebastian Gepp, Yevhen Zabila, Xilai Bao, Shengbin Li, Qihao Zhang, Igor Veremchuk, Željko Janićijević, Larysa Baraban, Clemens Voigt, Sindy Mosch, Oliver Gutfleisch, Run-Wei Li, Denys Makarov; "Eco-sustainable magnetoresistive sensors towards disposable magnetoelectronics"; Nature Communications, Volume 17, 2026-3-27
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