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Grafeno, nitruro de galio y perovskita; Conoce las mejores alternativas a la silicona

گرافین، گالیوم نیترید و پروسکایت؛ با بهترین جایگزین‌های سیلیکون آشنا شوید

La llegada de los componentes semiconductores utilizados en la electrónica ha sido un acontecimiento revolucionario. Los semiconductores en particular han hecho posible procesar grandes cantidades de datos en dispositivos que son cada vez más pequeños. Entonces, con el tiempo, hemos podido reducir la tecnología de procesamiento a los teléfonos inteligentes de hoy y reducir significativamente el espacio ocupado por la electrónica. Entonces, la pregunta es, ¿por qué los investigadores ahora buscan alternativas al silicio, que es el material principal utilizado en los componentes semiconductores?

Con el paso del tiempo, nos dimos cuenta de que estas mejoras no estaban exentas de costos. El silicio, como material principal utilizado en el diseño de dispositivos electrónicos, ha sido problemático en al menos dos formas. El primer problema es el increíble impacto social de esta sustancia en países que tienen grandes cantidades de ella. Grandes fabricantes de productos electrónicos y varias empresas han invadido rápidamente estas áreas, llevándose consigo oportunidades económicas. Pero además de estas oportunidades, hemos visto cadenas de producción opacas que no se gestionan de forma tan ética.

El segundo gran problema está relacionado con la extracción y producción de silicio, que causa un gran daño al medio ambiente del planeta. Muchos de los problemas ambientales involucrados en el proceso se extraen, pero el proceso de producción de dispositivos electrónicos también puede dañar el precioso mundo en el que vivimos. El silicio puro no se obtiene de forma natural y por tanto tenemos que producirlo artificialmente, lo que a su vez conduce a la producción de monóxido de carbono. Otras operaciones relacionadas con la extracción de materiales de tierras raras también generan residuos nocivos para el medio ambiente.

Los fabricantes de silicio más grandes del mundo, como China, Rusia y los Estados Unidos, tienen solo un poco mejor y más control sobre los métodos de producción que sus contrapartes. Pero en los mercados más pequeños y menos regulados, no hay salvaguardas ni salvaguardias, y los estándares de seguridad se mantienen al mínimo. De hecho, incluso China y Rusia han establecido leyes menos vinculantes para la extracción de silicio y han sido criticadas por hacerlo. La naturaleza peligrosa de la extracción de silicio también es un peligro para la vida de todos los involucrados en el proceso. Por ejemplo, la exposición constante al silicio y la inhalación de su suelo durante el proceso de extracción pueden provocar enfermedades. Silicosis Se vuelve. Los mineros de silicio experimentan constantemente la enfermedad y sufren sus efectos negativos en el cuerpo.

Aunque las grandes empresas cuestionan habitualmente los problemas de salud, la ciencia y la tecnología han logrado grandes avances en los últimos años y han podido ofrecer alternativas fiables al silicio.

Grafeno

La misma área que condujo al descubrimiento del silicio y su aplicación en electrónica puede ayudar a resolver los problemas actuales. El uso de la tecnología de semiconductores en la electrónica cotidiana ha creado una estrecha conexión entre la ciencia de los materiales y la fotónica, las cuales son esenciales en la ingeniería electrónica. Los investigadores en su nueva investigación buscan producir materiales que causen menos daño y sean una alternativa confiable y valiosa al silicio. Una de estas posibles alternativas es el grafeno.

El grafeno es un material bidimensional que tiene mucha flexibilidad. Los usos potenciales del grafeno son muchos y se puede usar en todo, desde medicamentos y energía solar hasta tecnología de sensores. Pero el principal potencial del grafeno ciertamente se puede encontrar en la producción de productos electrónicos. El grafeno es la sustancia más conductora que los investigadores han descubierto hasta la fecha. Los microchips equipados con grafeno pueden albergar muchos más transistores que otros materiales comunes como el silicio. Esta característica por sí sola hace que la electrónica parezca más eficiente. Pero la verdadera ventaja de usar grafeno es que se pierde el carbono liberado en el proceso de producción de silicio.

No hace mucho tiempo, el grafeno era un material muy caro. Pero con los avances en la condensación de vapor químico, la producción de grafeno se está volviendo menos costosa que nunca. El grafeno tiene un potencial único y puede ser una alternativa rentable a los materiales complejos.

Potenciales y algunas limitaciones del nitruro de galio y perovskita

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Aunque el nitruro de galio funciona mejor que el silicio en los casos que requieren mayor energía y temperaturas más altas, es un proceso muy difícil de producir y cuesta mucho, mucho más. Desde este punto de vista, el grafeno es definitivamente una mejor opción. Una de las propiedades únicas del grafeno es que puede adquirir las propiedades de otros materiales.

La naturaleza bidimensional del grafeno ha permitido a los investigadores reproducir múltiples capas de galio en una sola película de grafeno. Esto demuestra una vez más la eficacia del grafeno como solución sostenible en la fabricación de productos electrónicos. El grafeno puede tener un uso limitado en microchips, pero se puede usar para replicar materiales más eficientes a bajo costo.

En su forma actual, la conversión de galio en nitruro de galio por el grafeno tiene sus inconvenientes y no es muy escalable. Pero a medida que avancemos más en la producción de nitruro de galio, aparecerán nuevos diseños. Dada la posibilidad de usar nitruro de galio en la electrónica de alta temperatura, ya no será un problema común con el silicio en tales dispositivos. Por supuesto, hay que tener en cuenta que el silicio sigue siendo un elemento vital en el proceso de producción de sus materiales alternativos. Por otro lado, la optimización de la electrónica basada en silicio aún puede incrementarse drásticamente y no existe necesariamente la necesidad de utilizar materiales alternativos.

La perovskita es otra sustancia que amenaza el dominio del silicio en el mercado de la electrónica, pero sobre todo en el campo de la energía solar. El proceso de refinado con láser utilizado para producir silicio monocristalino o policristalino es más compatible con los defectos de perovskita. El silicio debe tener un estándar mucho más alto para pasar por este proceso.

La principal limitación de la perovskita es que no tiene suficiente estabilidad para la producción en masa en grandes cantidades. Muchas variables pueden dañarlo o causar defectos, y debemos deshacernos de ellos antes de comenzar a usar la perovskita de manera extensiva en las células de energía solar.

Conclusión

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Aunque el silicio es un ingrediente clave en el mundo actual y es posible que no sea reemplazado en el corto plazo, el mundo se está moviendo hacia la necesidad de este material. Tenemos los beneficios de descubrir el silicio, todos lo sentimos en nuestra vida diaria. Pero al mismo tiempo, debemos reconocer los daños de esta sustancia y tratar de eliminarlos. Por tanto, la búsqueda de posibles alternativas al silicio debería ser una de las prioridades del mundo de la ciencia y la tecnología.

Todas las buenas tecnologías que disfrutamos, ya sea un teléfono inteligente, una taza de café o incluso la electricidad, aportan un gran valor a las personas y al medio ambiente de todo el mundo. Luego, este precio debe pagarse en forma de cambio climático y daño a las comunidades que tienen los materiales que necesitamos en abundancia. Ahora es muy importante que las empresas que se benefician de estos materiales y tienen acceso al dinero y las tecnologías que necesitan, tomen medidas para hacer que la electrónica y el medio ambiente sean más sostenibles.

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