Òxido de índioestanho (OIE) -Tecnologia touchscreen.

Tecnologia touchscreen dos mais recentes aparelhos móveis.



Os donos desses produtos não precisam de muitos motivos para demonstrar as funções superiores de seus aparelhos. A tela sensível ao toque é rápida, é divertida - é o futuro.


No entanto, o touchscreen pode virar passado em pouco tempo, se não formos cuidadosos. Os gadgets atuais com tela touchscreen, assim como todas as telas de cristal líquido, dependem das propriedades incomuns de um único material - um híbrido metálico cujas fontes podem se esgotar em menos de uma década. E não são apenas as telas que estão sob ameaça.

Células solares e LEDs de baixo consumo, ambos partes centrais da estratégia de energia com baixa emissão de carbono, podem também ser afetadas. Não é surpresa, portanto, que empresas e laboratórios no mundo inteiro estejam lutando para encontrar um substituto.


Se isso é novidade para você, é provável que nunca tenha ouvido falar no material que está causando toda essa confusão. Uma mistura de dois óxidos metálicos chamada óxido de índioestanho (OIE) é o material que engenheiros eletrônicos amam odiar. Seu componente principal, o índio, é um subproduto da mineração de chumbo e zinco, difícil de ser encontrado e bem caro. Quando chega à fábrica, sua fragilidade e sua falta de flexibilidade o tornam quase impossível de trabalhar.
Ainda assim, suas qualidades fazem os defeitos serem esquecidos.

De maneira mais específica, trata-se de um raro exemplo de material que é, ao mesmo tempo, condutor de eletricidade e opticamente transparente, o que significa que não absorve fótons de luz. A absorção ocorre quando a energia do fóton corresponde ao que é necessário para deixar o elétron em estado de excitação. Num condutor metálico, isso quase sempre acontece. Assim, quase todos os metais são altamente absorventes, mas completamente opacos.


Não o OIE.


É transparente como vidro, mas também conduz - não tanto quanto a maioria dos metais, mas o suficiente. Essa característica o torna onipresente em aparelhos eletrônicos modernos que manipulam a luz. Nos televisores de tela plana, cada pixel é ligado ou desligado por um par de eletrodos de OIE transparentes. Nas finas células solares, a camada de absorção de luz precisa de um eletrodo na frente e atrás para formar um circuito e converter a luz em eletricidade.


As telas sensíveis ao toque são as mais recentes inovações que dependem do OIE. Os primeiros gadgets que usaram touchscreen foram vendidos com uma caneta e duas camadas de OIE separadas por um pequeno vão. O toque nessa tela “analógica e resistiva” com a caneta colocava as duas camadas em contato, permitindo que uma corrente passasse e fosse detectada pelo aparelho. O atraente aparelho em seu bolso explora o fato de que seu dedo é condutor para poder ficar livre da caneta.

O toque na tela modifica sua capacitância naquele local - uma mudança que é percebida por uma camada simples de OIE. Essa inovação foi a verdadeira evolução, diz Lawrence Gasman, analista da NanoMarkets. “Sensibilidade a múltiplos toques realmente modifica o mercado de smartphones”, afirma.
Mas por quanto tempo mais poderemos contar com o material por trás dessa maravilha? Ninguém sabe ao certo quanto mais de índio existe no mundo, diz Thomas Graedel, da Universidade de Yale, que chefia o grupo de trabalho do programa das Nações Unidas sobre fluxo internacional de metais. Em parte, isso acontece porque o índio é apenas um subproduto da mineração e nem todas as minas se dão ao trabalho de recuperá-lo.

 A pesquisa geológica dos Estados Unidos estima que as reservas mundiais de índio cheguem a 16 000 toneladas e estão em sua maioria na China. A divisão desse total pelo volume que estamos usando o material sugere que as reservas serão consumidas completamente até 2020.


Novas fontes de índio devem ser descobertas, mas não é provável que elas satisfaçam a demanda gigantesca por OIE. Em 2010, segundo dados divulgados por Gasman, o mercado de telas sensíveis ao toque sozinho atingiu 1,47 bilhão de dólares e vai subir para 2,5 bilhões de dólares até 2017. Mesmo sem certeza sobre o tamanho da reserva de índio, o OIE deve se tornar cada vez mais raro e, portanto, mais caro. Essa realidade econômica - combinada com o fato de a China já limitar as exportações do material - está levando as empresas a procurar uma alternativa de touchscreen que não utilize índio.


Salvo uma mudança fundamental na tecnologia (veja Sensibilidade Interna, a seguir), o lugar mais óbvio para começar a procurar está nos materiais quimicamente semelhantes. Um concorrente é o óxido de zinco, que é abundante e pode ser obtido por uma fração do custo do OIE. Contudo, ele não conduz tão bem nem é tão transparente ou fisicamente resistente como o OIE. Isso é problemático, em especial porque a condutividade determina a velocidade de resposta da tela.


A resposta, talvez, esteja em não eliminar completamente o índio, mas fazer o que temos render mais. Tobin Marks e seus colegas da Universidade de Northwestern, em Illinois, Estados Unidos, desenvolveram um material baseado em óxido de cádmio com apenas uma pitada de índio que é tão transparente quanto o OIE, mas tem capacidade de condução de energia três a quatro vezes maior. O material tem predisposição à corrosão, então precisa ser selado numa fina camada de OIE, mas acaba usando 20% de índio, contra 90% do OIE.


Isso soa como uma solução tapa-buraco. Primeiro, o cádmio é um metal altamente tóxico, que demanda cuidado no tratamento e na eliminação. Depois, materiais como o óxido de cádmio são propensos à quebra, uma característica inconveniente para telas que devem ser tocadas repetidas vezes.


O OIE sofre de uma fragilidade semelhante. 


Isso não tem sido um problema já que a tecnologia está sendo utilizada principalmente nos smartphones, que têm um ciclo de vida típico de apenas 18 meses. Dentro desse prazo uma tela dificilmente vai se degradar a ponto de se tornar inutilizável. Mas com a migração da tecnologia de telas sensíveis ao toque para eletrônicos de vida mais longa como tablets e e-readers, o problema fica maior. E a chegada iminente de telas flexíveis e dobráveis está dando aos fabricantes outra razão para buscar soluções radicalmente diferentes.


Polímeros condutores, talvez? Trata-se de longas cadeias de moléculas orgânicas, descobertas na década de 70, que agem como fios moleculares e são muito superiores ao OIE quando o assunto é flexibilidade e capacidade de ser dobrável. Mas eles são tão fáceis de manipular quanto pó de tijolo, diz Yueh-Lin Loo, da Universidade de Princeton. Não podem ser derretidos sem ter suas propriedades alteradas e não são dissolvíveis, o que faz a criação de revestimentos desses polímeros algo impossível.

Quando se colocam aditivos para torná-los solúveis, a fim de aplicá-los como tinta, nota-se o efeito colateral de acabar com a condutividade. Existe algum material que atenda a todos os pré-requisitos de desempenho? Sim, defende Mark Hersam, também da Universidade de Northwestern: nanomateriais de carbono.


O carbono é um camaleão químico. Em alguns disfarces pretos, ele é o material conhecido que mais absorve luz. Contudo, quando condensado em estruturas de escala nano, ele se torna transparente. Em junho de 2010, por exemplo, uma equipe liderada por Jong-Hyun Ahn e Byung Hee Hong da Universidade de Sungkyunkwan, na Coreia do Sul, desenvolveu um filme composto de quatro camadas de grafeno sobre um suporte de plástico.


O grafeno consiste em folhas de grafite com apenas um átomo de espessura. A combinação grafeno/plástico permite que 90% da luz visível passe e tem condutividade não muito inferior à do OIE de melhor qualidade. Os nanotubos de carbono, que são essencialmente folhas de grafeno enroladas em cilindros, parecem promissores também. São robustos, transparentes e cada vez mais disponíveis em escala comercial. Eles seriam capazes de funcionar inclusive para telas flexíveis, diz Hersam.


O problema está em fazer deles uma rede que conduza energia. “Estamos trabalhando por muito menos tempo nos nanotubos do que no OIE, o que me dá esperança de que haja ainda melhorias a ser feitas”, afirma. Outros são menos otimistas. Jonathan Coleman, do Trinity College, em Dublin, Irlanda, pesquisa condutores transparentes em parceria com a empresa Hewlett-Packard. “Quando começamos, a indústria pensou que filmes de nanotubos seriam a resposta, mas isso acabou”, diz.


 Após testar várias alternativas para contornar o problema da alta resistência entre os tubos, Coleman e colegas decidiram que uma reavaliação precisava ser feita. “Descobrimos que, se você usar nanofios no lugar de nanotubos, é possível ter alguma ligação entre eles, permitindo a transferência de elétrons”, acrescenta.
Ao experimentar com nanofios de prata, a equipe dele percebeu que era possível ter transparência de 85% e condutividade apenas ligeiramente menor que a do OIE. “Nos aspectos óptico e elétrico, a prata foi quase idêntica ao OIE de alta qualidade, mas completamente flexível,” diz Coleman.

Outra equipe liderada por Peter Peumans, da Universidade de Stanford, na Califórnia, chegou a resultados semelhantes. Infelizmente, isso tudo tem um preço: nanofios de prata são dez vezes mais caros para produzir do que o já dispendioso OIE. Metais mais baratos não parecem funcionar. Embora as propriedades mágicas da prata não possam ser reproduzidas em outros materiais, nem tudo está perdido. À medida que a produção subir, os preços vão descer e, com o aumento do preço do índio, os custos vão se equivaler em algum momento. “É tudo uma questão de quando. A HP está encarando os nanofios de prata como o material escolhido,” diz Coleman.


Então, senhoras e senhores, preparem suas apostas. Prata, carbono, zinco, cádmio ou polímero? Qual será o sucessor do OIE? Nenhum mostra vantagem clara, mas a demanda em alta por telas touchscreen, assim como a corrida por inovação, indica que um desses materiais deve assumir o vácuo.


À medida que as reservas vitais de óxido de índio-estanho (OIE) para telas sensíveis ao toque ficam menores, a expansão da tecnologia em aparelhos maiores como tablet PCs aumentou o interesse dos fabricantes de telas de cristal líquido por esse material. Touchscreens são fabricadas atualmente ao colocar uma superfície sensível ao toque de OIE sobre um LCD de um grande fabricante como Samsung ou Sony. Mas essas companhias poderiam construir sensibilidade ao toque já na tela, integrando-a a cada pixel, defende Lawrence Gasman, analista da NanoMarkets.


Um sistema desses iria levar a tecnologia baseada em índio dos smartphones multi-touch para dentro da camada de pixels. Duas outras técnicas estão livres de índio. A primeira delas emprega um interruptor mecânico atrás de cada pixel, registrando a força conforme a tela é tocada. Mas o uso de tecnologia sensível à pressão significa acabar com o vidro protetor que fica na frente da tela dos aparelhos touchscreen, o que o deixa vulnerável a danos.


A segunda possibilidade está numa tecnologia óptica que incorpora um elemento de detecção de luz em cada pixel. Esses sensores de luz transformam a tela num tipo de scanner que pode detectar e acompanhar um dedo que toca a tela. Isso também tem problemas: o “toque óptico” demanda significativo poder de processamento para analisar continuamente a superfície da tela em busca de toques e funciona com um quarto da velocidade de um touchpad de laptop tradicional.


Mas isso não elimina a possibilidade. “Com a expansão do poder de processamento, esse é um problema que vai se resolver sozinho,” diz Gasman.
Na verdade, os primeiros aparelhos com toque óptico já estão no mercado. No ano passado, a empresa de eletrônicos Sharp lançou um laptop no Japão que vinha com uma segunda tela sensível ao toque no lugar do touchpad. O fato de o produto não ter sido lançado fora do Japão, no entanto, faz Gasman questionar se a tecnologia estaria experimentando problemas.


De qualquer maneira, esse tipo de inovação não resolve um problema fundamental: com ou sem toque, os eletrodos que fornecem energia para os pixels nas telas LCD dependem do OIE. Isso será resolvido apenas com o desenvolvimento de novos materiais que emulam a capacidade altamente desejável do OIE de combinar transparência e condutividade.