ÍNDICE DE CONTEÚDO
Ao longo dos anos, muitos dispositivos eletrônicos foram miniaturizados em uma escala muito menor do que seus antecessores originais. Para muitos dispositivos eletrônicos, a miniaturização de componentes eletrônicos (baterias, circuitos etc.) para o mícron e depois para o nível nano tem sido suficiente para reduzir o tamanho geral do dispositivo, mantendo sua alta eficiência.
No entanto, dispositivos que usam componentes ópticos são inerentemente mais difíceis de miniaturizar e aprimorar porque os materiais usados neles precisam ser de alta qualidade e os próprios dispositivos precisam ser incrivelmente precisos. Ao longo da última década, o uso de nanomateriais em dispositivos ópticos e fotônicos aumentou significativamente e agora eles estão presentes em tudo, desde revestimentos ópticos em lentes a fotodetectores, polarizadores de luz e muito mais.
Propriedades dos nanomateriais
Muitas propriedades diferentes dos nanomateriais permitem que eles absorvam, reflitam e manipulem a luz para realizar o efeito desejado. Eles foram explorados para uma variedade de dispositivos ópticos e fotônicos (bem como dispositivos que usam componentes ópticos).
Os nanomateriais, inerentemente de tamanho pequeno, permitem que os componentes e dispositivos em que são usados sejam menores do que seus equivalentes mais volumosos. Além do tamanho pequeno, a alta área de superfície ativa de muitos nanomateriais pode ser explorada para manipular e alterar as propriedades da luz. Os diversos componentes óticos são usados em dispositivos eletrônicos, aqueles que desempenham funções óticas e eletrônicas, como dispositivos optoeletrônicos, também requerem materiais altamente condutores. Muitos nanomateriais que apresentam condutividade elétrica muito alta podem também ser usados. A resistência à abrasão e a tenacidade de muitos nanomateriais também são úteis. Isso ajuda a evitar que componentes ópticos delicados sejam danificados, o que, por sua vez, altera a eficiência óptica dos componentes.
Um outro aspecto significativo dos nanomateriais em tecnologias ópticas e fotônicas é que eles exibem fortes interações luz-matéria, garantindo que os componentes ópticos interajam de forma eficiente com a luz. Muitos nanomateriais também exibem uma ampla resposta óptica e tempos de relaxamento rápidos, e alguns são eficientes o suficiente para serem usados em tecnologias terahertz. Mesmo quando os componentes ópticos permanecem nanométricos – o que significa que são usados como nano componentes autônomos em vez de parte de um componente maior – eles podem ser facilmente integrados a outros componentes ópticos mais volumosos.
Tecnologias ópticas
Os nanomateriais em componentes ópticos variam de dispositivos completos que dependem de suas propriedades ópticas para funcionar até componentes que são usados em dispositivos não ópticos e revestimentos ópticos usados para proteger e melhorar as propriedades ópticas do dispositivo .
As lentes são usadas em muitos dispositivos eletrônicos e tecnologias de grande escala. As lentes são geralmente muito grandes para serem totalmente feitas de nanomateriais. No entanto, nanoestruturas de diferentes materiais podem ser incorporadas em diferentes lentes para melhorar o desempenho óptico e a resistência da lente. Uma das opções mais comuns para lentes é o uso de revestimentos à base de nanomateriais (ou filmes finos específicos para aplicações de alta tecnologia), o que também melhora o desempenho e a resistência à abrasão / tenacidade das lentes, sem a necessidade de incorporar diretamente o nanomaterial na lente. Essa abordagem é menos dispendiosa, pois podem ser usadas lentes padrão de custo muito mais baixo (pequenas quantidades de revestimento geralmente não são muito caras). Além disso, o uso de revestimentos pode introduzir efeitos específicos nas lentes, como propriedades antirreflexo.
Embora as lentes básicas geralmente não exijam nanomateriais, o uso de nanoestruturas dentro das lentes – e revestimentos / filmes finos – pode, além do desempenho básico e aprimoramentos de clareza óptica, alterar drasticamente as propriedades das lentes. Uma das maneiras mais comuns é transformar uma lente em um filtro óptico ou polarizador óptico altamente eficaz, ambos usados em uma variedade de tecnologias.
Algumas outras aplicações específicas de nanomateriais incluem cavidades ópticas, absorvedores saturáveis e interruptores ópticos para lasers ultra-rápidos, bem como em sensores complementares de CMOS, biossensores ópticos para detectar várias biomoléculas e tecnologias ópticas vestíveis .
Tecnologias fotônicas
Muitas das áreas da óptica e fotônica se sobrepõem porque ambas lidam com a luz, embora existam algumas áreas específicas onde os nanomateriais são usados apenas em aplicações na área da fotônica (como no processamento e detecção de luz, ao invés do que na manipulação da luz que diz respeito a muitos componentes ópticos).
Os engenheiros de projeto também podem incorporar nanoestruturas fotônicas em lentes diferentes. Como muitas lentes ópticas aprimoradas com nanomateriais, as nanoestruturas fotônicas melhoram o desempenho dos microscópios. Outra grande área da nanofotônica é em fotodetectores, porque as propriedades de absorção eletromagnética de muitos nanomateriais levam a fotodetectores altamente eficientes, que são usados em muitas tecnologias, incluindo computadores. Além disso, como muitos nanomateriais têm um amplo espectro de absorção, esses fotodetectores podem detectar ultravioleta (UV), infravermelho (IR) e fótons de luz visível.
Nanomateriais têm sido usados para criar uma variedade de componentes em cabos de fibra óptica. Isso inclui filtros ópticos e grades de Bragg, que são usados isoladamente em cabos de fibra óptica ou para construir outros componentes, como anemômetros de fibra óptica. Muitos nanomateriais são usados para construir diferentes partes de cabos de fibra óptica porque eles interagem fortemente com a luz propagada. Outras áreas onde os nanomateriais são usados para criar dispositivos baseados em fotônica incluem retenas de fibra óptica para converter ondas eletromagnéticas em uma corrente elétrica, dispositivos de gravação magnética mais avançados e maneiras de melhorar a intensidade da luz em espectroscopia e tecnologias de células solares, para citar alguns.
Conclusão – Nanotecnologia na Ótica e na Fotônica
As tecnologias na área óptica e fotônica avançaram recentemente, mas a necessidade de componentes altamente precisos torna seu aprimoramento mais desafiador do que muitas outras tecnologias. Nos últimos anos, no entanto, uma ampla gama de nanomateriais tem sido usada devido à sua forte interação com a luz e sua capacidade de manipular as propriedades da luz. Assim, muito mais tecnologias estão sendo desenvolvidas, usando ótica de nanomateriais de alta tecnologia e componentes fotônicos.
Artigo escrito por Liam Critchley e publicado no blog da Mouser Electronics: Nanotechnology’s Impact on Optic and Photonic Technologies
Traduzido e adaptado por Equipe Embarcados .Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
(*) este post foi patrocinado pela Mouser Electronics
