Corrente iônica é mais lenta que corrente eletrônica, certo? Não.

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/07/2023

Ilustração artística de um polímero eletrônico em água conduzindo cargas iônicas e eletrônicas.
[Imagem: Scott T. Keene]

Polímeros conjugados

O saber científico até hoje estabelecia que circuitos iônicos, que estão na base de muitos processos que sustentam a vida, e de todos os dispositivos eletroquímicos, nunca poderiam ser muito mais rápidos devido à menor velocidade de propagação dos íons, em comparação com os elétrons.

Scott Keene e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, estavam trabalhando com isto usando uma classe emergente de materiais, conhecida como polímeros conjugados.

Esses materiais que têm sido usados para projetar componente eletrônicos flexíveis, fabricados por impressão, no campo da eletrônica orgânica e da bioeletrônica - os exemplos mais comuns são sensores vestíveis, que monitoram remotamente a saúde dos pacientes, ou dispositivos implantáveis, que tratam doenças ativamente.

O maior benefício dos polímeros conjugados para esse tipo de aplicação é sua capacidade de acoplar perfeitamente os íons, responsáveis pela transmissão dos sinais elétricos no cérebro e no corpo, com os elétrons, os portadores de sinais elétricos nos aparelhos eletrônicos. Essa sinergia melhora a conexão entre o corpo humano e os aparelhos eletrônicos, ou bioeletrônicos, traduzindo efetivamente entre os dois tipos de sinais.

Condução iônica versus condução eletrônica

Foi aí que veio a surpresa: Ao usar um microscópio especializado para monitorar o processo de transmissão das cargas elétricas em tempo real, os pesquisadores descobriram que as lacunas - espaços vazios para os elétrons se moverem, representando as cargas positivas - é que são o fator limitante na rapidez com que o material transporta a corrente iônica.

Isso é surpreendente por que o saber científico atual se baseava no fato muito simples e óbvio de que o movimento dos íons é mais lento porque eles são mais pesados do que os elétrons.

"Nossas descobertas desafiam a compreensão convencional do processo de carregamento em dispositivos eletroquímicos," disse Keene. "O movimento das lacunas, que atuam como espaços vazios para os elétrons se moverem, pode ser surpreendentemente ineficiente durante baixos níveis de carregamento, causando desacelerações inesperadas."

A descoberta tem impacto direto sobre as interfaces humano-máquina e as máquinas neuromórficas.
[Imagem: Scott T. Keene et al. - 10.1038/s41563-023-01601-5]

Primeiros resultados

As implicações desta descoberta são abrangentes, oferecendo um caminho promissor para futuras pesquisas e desenvolvimentos no campo dos dispositivos eletroquímicos para aplicações como bioeletrônica, armazenamento de energia e computação neuromórfica, ou semelhante ao cérebro.

"Com uma compreensão mais profunda do processo de carregamento, agora podemos explorar novas possibilidades na criação de dispositivos médicos de ponta, que possam se integrar perfeitamente ao corpo humano, tecnologias vestíveis que forneçam monitoramento da saúde em tempo real e novas soluções de armazenamento de energia com maior eficiência," disse o professor Akshay Rao.

E a equipe já está colocando isso em prática. Ao manipular a estrutura microscópica do material, eles descobriram que é possível regular a rapidez com que as lacunas se movem. Esse controle inédito, juntamente com a capacidade de ajustar a estrutura do material, poderão permitir criar polímeros conjugados com desempenho aprimorado, viabilizando processos de carregamento mais rápidos e mais eficientes - em outras palavras, é possível acelerar as correntes iônicas.

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