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(noticias nanowerk) Para el consumidor medio, los mejores dispositivos del mercado tienen la velocidad más rápida, la mayor capacidad de almacenamiento y la mayor duración de batería. Para satisfacer esta demanda, la investigación de vanguardia en innovación y desarrollo de productos electrónicos de próxima generación a menudo solo considera estas métricas de rendimiento específicas. A raíz de este ataque tecnológico, los impactos ambientales a largo plazo quedan oscurecidos y descuidados.
Los investigadores de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) esperan ser el catalizador de la ciencia centrada en la sostenibilidad. El profesor asistente Ang Yee Sin de la Facultad de Ciencias, Matemáticas y Tecnología (SMT) señala que muchos materiales contenidos en los dispositivos semiconductores tradicionales provienen de procesos de extracción perjudiciales para el medio ambiente, suponen un alto riesgo de contaminación o suponen una grave amenaza para la salud humana.
Las tesis centrales
Investigación
Los resultados fueron publicados en Materiales funcionales avanzados (“Hacia materiales sostenibles de banda prohibida ultra ancha de Van Der Waals: un enfoque de detección ab initio”).
“La sostenibilidad de la tecnología de dispositivos semiconductores a nivel material se ignora en gran medida. «Además, se espera que muchos elementos utilizados en los dispositivos semiconductores se agoten en los próximos 100 años», añadió, planteando preocupaciones sobre la sostenibilidad a largo plazo de un extremo a otro.
Teniendo en cuenta estas consideraciones, su equipo de investigación propuso un nuevo marco unificado para identificar materiales de bajo riesgo para un mayor desarrollo. Tres preguntas principales guiaron su enfoque: (1) ¿Cuán abundantes son las materias primas?, (2) ¿Cómo podemos obtenerlas?, (3) ¿Qué destino enfrentarán al final de su vida operativa?
“A largo plazo, la electrónica también debería estar ‘impulsada por el clima’. Las materias primas de la tecnología de semiconductores y la electrónica deben ser compatibles con la agenda global del cambio climático”, dijo el profesor asistente Ang.
En su estudio, se centraron en métodos computacionales de última generación que complementan el creciente campo de las nanoestructuras y los materiales 2D ultrafinos. Con la llegada de los sistemas de supercomputación modernos, las bases de datos integrales y el software altamente eficiente, el cribado computacional basado en simulación se ha convertido en una herramienta popular para acelerar la formulación de materiales 2D. Este enfoque selecciona materiales candidatos para esfuerzos precisos de creación de prototipos experimentales.
Sin embargo, los investigadores a menudo se desaniman a buscar opciones respetuosas con el medio ambiente debido a la suposición de que hacer cumplir criterios de prueba centrados en la sostenibilidad podría reducir significativamente el número de competidores fuertes disponibles para aplicaciones particulares y dar como resultado un rendimiento deficiente del producto final.
Para demostrar la viabilidad de la investigación de materiales sostenibles, el equipo publicó un análisis de posibles materiales de partida disponibles para el diseño sostenible de semiconductores de banda prohibida ultra ancha (UWBG). Esta clase especial de semiconductores desempeña un papel fundamental en muchas aplicaciones, desde transistores en computadoras y teléfonos inteligentes hasta electrónica en vehículos, sensores UV en alarmas contra incendios y tecnologías sanitarias.
En su estudio, el equipo impuso restricciones estrictas a la búsqueda de materiales ideales. Estos materiales no deben suponer un riesgo para el medio ambiente, no son peligrosos para la salud y no están sujetos a ningún riesgo de agotamiento. Además, deben cumplir los requisitos más importantes para su uso como semiconductores UWBG: deben ser aptos para el funcionamiento en espera con ahorro de energía, ser mecánicamente robustos y funcionar bien como detectores UV. El equipo también quería materiales que pudieran sintetizarse fácilmente en el laboratorio para garantizar la accesibilidad a investigaciones más profundas.
En estas condiciones de búsqueda, los investigadores consolidaron sistemáticamente los materiales candidatos y realizaron cálculos de inspiración cuántica basados en fundamentos (ab initio) para garantizar una precisión y un rendimiento constantes. De las 3.000 entradas originales en la base de datos de materiales, el algoritmo de búsqueda sólo filtró 25 candidatos restantes. Según estudios previos, se descubrió que estos materiales candidatos tienen un alto rendimiento en una amplia gama de aplicaciones.
“Nuestro marco de selección de materiales se centra no sólo en escenarios de aplicación e indicadores clave de rendimiento, sino también en criterios de sostenibilidad que excluyen materiales que constan de elementos de alto riesgo. Este marco nos permite identificar materiales candidatos que demuestren un alto rendimiento y también sean sostenibles a nivel de material”, explicó el profesor asistente Ang.
Los resultados del equipo muestran que la investigación orientada a la sostenibilidad es posible y que se puede lograr un equilibrio entre rendimiento y sostenibilidad. El profesor asistente Ang enfatizó la importancia de su trabajo: “Nuestro marco de selección de materiales centrado en la sostenibilidad puede servir como una herramienta fundamental para encontrar los componentes básicos de un panorama electrónico más ecológico en el que los dispositivos no solo sean más rápidos, más livianos, más baratos y tengan… .mayor duración de la batería, pero también respetuosa con el medio ambiente y la salud.»
Más allá de su demostración, el profesor asistente Ang confía en que el marco desarrollado se puede aplicar a otras clases de materiales. Dada la creciente conciencia de las presiones antropológicas sobre el medio ambiente, la investigación proporciona una plataforma interesante para que científicos, ingenieros e investigadores piensen en las tecnologías de próxima generación y su compatibilidad con las agendas verdes globales.
El profesor asistente Ang se compromete a transferir su innovación en el cribado de materiales a otros materiales 2D. El objetivo a largo plazo del equipo es categorizar y evaluar materiales 2D según su impacto ambiental para proporcionar una guía holística que pueda servir como base para futuros estudios.
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