Notícia com publicação científica
Avanço na nanofabricação de membranas ultrafinas com hipersensibilidade pode impactar tecnologias biomédicas
Método inovador de nanofabricação viabiliza a produção de membranas cristalinas ultrafinas capazes de detectar radiação infravermelha com alta sensibilidade e sem a necessidade de sistemas de resfriamento sofisticados
AntonKhrupinArt via Shutterstock
20 de agosto de 2025, 07:12

Fonte

Chris Ingraham, RPI

Publicação Original

Instituto Politécnico Rensselaer

Áreas

Bioeletrônica, Biofísica, Biomateriais, Biomecânica, Ciência dos Materiais, Fotônica, Física Médica, Imagens Médicas, Nanotecnologia, Simulação Computacional

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Resumo

Cientistas dos EUA e da Coreia do Sul desenvolveram uma nova tecnologia de nanofabricação de membranas cristalinas ultrafinas – com espessura de alguns nanômetros – que supera o problema de separação das membranas de seus respectivos substratos.

Os pesquisadores usaram átomos de chumbo para reduzir a transferência de carga através da interface filme-substrato, enfraquecendo as ligações da interface e facilitando o ‘descolamento’.

Essas membranas, que têm hipersensibilidade térmica e podem detectar radiação praticamente em toda a faixa do infravermelho distante, podem ter várias aplicações, como em visão noturna e na tecnologia de imagens biomédicas e astronômicas.

Foco do Estudo

Desenvolver um método que permita escalar a produção de membranas ultrafinas com hipersensibilidade térmica para detectar radiação em todo o espectro do infravermelho distante.

Estudo

Cientistas desenvolveram uma nova técnica de fabricação que pode revolucionar a tecnologia de detecção infravermelha, tornando os dispositivos de imagem térmica menores, mais precisos e muito mais acessíveis.

A pesquisa, publicada na revista científica Nature, apresenta um método inovador que cria membranas cristalinas ultrafinas capazes de detectar radiação infravermelha com alta sensibilidade e sem a necessidade de sistemas de resfriamento caros e volumosos.

Esforços anteriores para produzir essas frágeis membranas em escala industrial foram prejudicados pela dificuldade de mantê-las intactas enquanto eram removidas de seus substratos de fabricação. Agora, a equipe de pesquisa conseguiu superar esse problema e obter uma remoção de alta precisão das membranas.

Camadas ultrafinas de material cristalino semicondutor são normalmente ‘cultivadas’ sobre um substrato com estrutura cristalina semelhante. Mas remover os filmes ultrafinos dos substratos tem se mostrado um grande desafio. Os filmes frequentemente se ligam fortemente aos substratos, tornando-se virtualmente impossível removê-los sem danificar sua estrutura delicada.

Uma abordagem tem sido inserir uma camada de sacrifício como um tampão entre o filme e o substrato para facilitar sua remoção, agindo como a camada de Teflon de uma panela antiaderente. Mas esses esforços adicionam muita complexidade e custo ao processo.

O desenvolvimento da nova tecnologia foi liderado por cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), em colaboração com pesquisadores do Instituto Politécnico Rensselaer (RPI), Universidade de Wisconsin-Madison, Universidade de Louisville e Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, nos EUA; e também colegas pesquisadores da Universidade Yonsei e da Universidade Nacional de Seoul, na Coreia do Sul.

Este método oferece uma abordagem para a fabricação de detectores sem resfriamento que podem cobrir todo o espectro do infravermelho distante, marcando um avanço notável na tecnologia de detectores

Pesquisadores envolvidos no estudo

Resultados

O Dr. Yunfeng Shi, professor da Escola de Engenharia do RPI e um dos principais autores do artigo, demonstrou com seus colegas que o processo pode ser realizado sem uma camada de sacrifício se o material usado para fazer o filme ultrafino contiver chumbo.

O grupo de pesquisa do professor Shi mostrou que os átomos de chumbo reduzem a transferência de carga através da interface filme-substrato, enfraquecendo as ligações da interface e facilitando o ‘descolamento’.

Usando essa técnica, os pesquisadores conseguiram produzir em massa filmes finos de uma substância chamada PMN-PT, um material piroelétrico que gera correntes elétricas em resposta ao calor. Eles conseguiram atingir níveis recordes de sensibilidade térmica, possibilitados pela redução das membranas para uma espessura de apenas 10 nanômetros.

Essa melhoria na sensibilidade térmica pode levar a avanços na tecnologia de imagens biomédicas e astronômicas, ou em áreas como a direção autônoma, onde poderia ser usada para aprimorar a detecção de colisões em situações de pouca luz.

Os pesquisadores também afirmaram que a técnica pode ser usada para aprimorar muitos tipos diferentes de membranas de óxido cristalino, não apenas as que detectam infravermelho.

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Autores/Pesquisadores Citados

Dr. Yunfeng Shi

Professor da Escola de Engenharia do Instituto Politécnico Rensselaer (RPI)

Publicação

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a revista científica Nature (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página do Instituto Politécnico Rensselaer (em inglês).

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