Diamante é fabricado na forma de película ultraflexível

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/01/2025

As membranas de diamante puro são extremamente flexíveis.
[Imagem: Jixiang Jing et al. - 10.1038/s41586-024-08218-x]

Diamante flexível

A eletrônica baseada no diamante é um sonho antigo dos engenheiros porque o diamante é um material eletrônico e fotônico de alto desempenho graças a uma série de propriedades: Uma condutividade térmica ultra-elevada, mobilidade excepcional dos elétrons, alta resistência à ruptura e bandgap muito elevada - esse "hiato de banda" é uma propriedade-chave dos semicondutores, com seu aumento viabilizando a operação de componentes de maior potência ou maior frequência.

Além disso, os diamantes industriais podem ser projetados para serem tão eletricamente condutores quanto um metal, bastando introduzir "impurezas", em um processo chamado dopagem que é central na eletrônica do silício.

E agora ele ganhou mais um trunfo: A flexibilidade e a possibilidade de funcionar quase como um material de van der Waals, com poucas camadas atômicas de espessura. E isso foi conseguido através de uma técnica muito mais simples do que a usada anteriormente para criar diamantes flexíveis ou mesmo diamantes que esticam.

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Esquema do processo de cultivo do diamante e extração das películas finas e flexíveis.
[Imagem: Jixiang Jing et al. - 10.1038/s41586-024-08218-x]

Diamante extraído com fita adesiva

Jixiang Jing e colegas da Universidade de Hong Kong descobriram um método para a produção em massa de membranas de diamante ultrafinas e ultraflexíveis. Eles partiram de uma técnica já conhecida, pela qual um substrato de silício é usado para cultivar uma membrana de diamante a partir de uma "semente" - um cristal de diamante industrial que pode ser tão pequeno quanto 5 nanômetros, e então cresce na forma de um filme fino, homogêneo e tão grande quanto for o equipamento usado.

O problema é que é quase impossível retirar o filme de diamante do substrato de silício, o que restringe muito seus usos. Foi aí que a equipe inovou: Inspirando-se no método originalmente usado para produzir o grafeno, Jing usou uma fita adesiva para retirar a membrana de diamante do substrato de silício. Isso não é muito intuitivo, uma vez que a expectativa é que a própria flexibilidade da fita adesiva quebrasse totalmente o filme de diamante - por ser inigualavelmente duro, o diamante é também muito quebradiço.

Mas deu certo porque as membranas de diamante passaram a se comportar como um material inesperadamente flexível. Jing conseguiu retirar filmes finos com 1 micrômetro de espessura e 5 cm de largura. Mesmo membranas bem mais grossas, de até 4 micrômetros de espessura, mostraram-se extremamente flexíveis.

O novo processo permite fabricar uma pastilha de diamante com cinco centímetros de diâmetro em 10 segundos, oferecendo uma eficiência e uma escalabilidade sem precedentes.

O processo foi inspirado no método usado para fabricação do grafeno.
[Imagem: HKU]

Era do diamante

Como essas membranas de diamante ultrafinas e ultraflexíveis são compatíveis com as tecnologias existentes de fabricação de semicondutores, elas podem ser usadas para a fabricação de uma variedade de dispositivos eletrônicos, fotônicos, mecânicos, acústicos e quânticos.

"Esperamos promover o uso da membrana de diamante de alta qualidade em vários campos, e comercializar essa tecnologia de ponta e entregar membranas de diamante premium, estabelecendo um novo padrão na indústria de semicondutores. Estamos ansiosos para colaborar com parceiros acadêmicos e industriais para levar esse produto revolucionário ao mercado e acelerar a chegada da era do diamante," disse o professor Zhiqin Chu.

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