Impactos para a Área da Computação: Da Transição do Silício para Novas Tecnologias

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- Impactos Causados ao Longo do Ciclo do Uso do Silício

Em toda cadeia de preparo do silício para o uso há presença de impactos negativos, da mineração ao descarte do eletrônico composto pelo material.

- Problemas Oriundos da Mineração do Silício

A remoção da fauna e flora nativa do ambiente a ser explorado e desnivelamento do relevo, causado por explosões ou quebra de rochas, são alguns dos problemas que compõem a Degradação Visual [Reis, 2015].

Outra complicação bastante rotineira é a poluição das águas, resultado da mineração que envolve substâncias químicas solúveis. Poluição que se agrava quando essas substâncias são levadas para rios, lagos e outros corpos d'água, o que pode levar a extinção de espécies e contaminação do solo.

Com as perfurações e explosões surge também a poluição sonora, que gera transtornos aos grupos de pessoas que residem na região e principalmente à biodiversidade que próximo habita [Reis, 2015], podendo até ocorrer a migração desses animais para as residências de moradores, uma vez que seu habitat natural se encontra em desordem.

Se não a maior, a emissão de poeira e gases é uma das maiores ameaças ao organismo de quem reside próximo ou trabalha na extração do material. Pois há doenças como a silicose, que ataca o os pulmões e surge após inalação de sílica cristalina [Santos et al., 2010], substância conhecida também como pó de sílica.

- Substâncias Geradas Durante a Metalurgia do Silício

Nesta etapa o óxido de silício é superaquecido, refinado e moldado, por fim resultando em um material com cerca de 99% de pureza.

Mais do que gerar o pó de sílica, esta etapa também libera gases tóxicos e potencializadores do efeito estufa. Nesse processo também é produzido o monóxido de carbono, que segundo Salles (2010) “quanto maior a quantidade de CO inalado, maior será a quantidade de moléculas de hemoglobina desativadas para o transporte de oxigênio, tendo como consequências graves danos à saúde”.

- Brasil e Produção de Silício

Segundo o relatório de commoditie mineral de 2016 [U. S. Geological Survey, 2016], elaborado pelo órgão de Pesquisa Geológica dos Estados Unidos, o Brasil é o quinto país no ranking de produção de silício e ferrossilício no mundo, chegando a produzir 150 mil toneladas dos materiais, no ano de 2015. Ainda em 2015, mundialmente houve a produção de mais de 8 milhões de toneladas desses compostos, o que gera uma grande preocupação, tendo em vista esse número somado aos impactos negativos causados durante o ciclo do silício.

- Alternativas Promissoras Ao Uso do Silício

Após ter ciência dos problemas gerados pelo uso do atual composto empregado na tecnologia, é necessário buscar e estudar substitutos para o elemento, materiais de menor custo para se trabalhar, que quando processados causem menores complicações e/ou aumentem o desempenho do dispositivo que irão compor.

- Nanotubos de carbono: Uma possível solução

Após o surgimento do microscópio de tunelamento, que segundo Andrade e Silva (2009), foi desenvolvido em 1980, passou-se a ser realizada a manipulação de moléculas, átomos ou qualquer material em uma escala de 10^9 metros, uma vez tal microscópio trabalha com dimensões nanométricas [Medeiros; Martin Neto; Mattoso, 2005].

Com o uso do equipamento de tunelamento, Sumio Iijima em 1991, ao tentar produzir compostos de carbono, acabou por notar a presença de estruturas cilíndricas constituídas do elemento. A partir desse momento surge um novo grupo de materiais, os nanotubos de carbono, originários do enrolamento de folhas de grafeno [Iijima, 1991].

Na figura 2, obtida no site da Universidade de Waterloo (Canadá), é possível ver as duas formas tradicionais dos nanotubos:

[pic 2]

Figura 2. À esquerda, nanotubo de carbono de parede única (SWNT); à direita, nanotubo de múltiplas paredes (MWNT).

As propriedades elétricas dos nanotubos de parede única dependem do ângulo de enrolamento da folha de grafeno, a variação do ângulo pode gerar nano tubos condutores metálicos ou semicondutores [Cava, 2006].

De acordo com o ângulo de enrolamento da folha de grafeno é possível classificar os SWNT em três grupos distintos, confira quais são na figura 3 [Nanoshel, 2016]:

[pic 3]

Figura 3. À esquerda, SWNT do tipo Armchair, apresenta propriedades metálicas; No centro SWNT Zigzag e à direita Chiral, ambos podem ter propriedades semicondutores ou metálicas, variação que depende do diâmetro do tubo [Cava, 2006].

Como aponta Oliveira e Zarbin (2013), os tubos constituídos por carbono são substâncias promissoras em diversas áreas, como na fabricação de compósitos, sensores e biossensores, filmes finos; manipulação de energia, purificação de águas e auxílio no processo de catalisação de reações químicas. Além de, claro, causarem grandes expectativas quando o tema é Eletrônica ou Computação, pois como Cava (2016) demonstrou de maneira prática, há a possibilidade de criar dispositivos de memória utilizando os nanotubos de carbono.

- Nitreto de Gálio e Compostos Semelhantes

O nitreto de gálio (GaN) é mais um composto promissor que entra na lista de substitutos do silício. A capacidade de conduzir corrente elétrica e realizar a emissão de luz faz desse material um possível item para compor dispositivos eletrônicos ou novos optoeletrônicos [Colussi, 2012], como já foi empregado na construção da tecnologia Blu-Ray. Na figura 4 é possível ver uma das formas mais tradicionais e estudadas do GaN.

[pic 4]

Figura 4. Forma hexagonal wurtzita do nitreto de gálio, uma das configurações mais resistentes e rígidas do GaN [Inmesol, 2013].

Enquanto que dispositivos semicondutores de Nitreto de Gálio suportam operar em temperaturas altas e possuem alta capacidade de comutação, semicondutores de silício possuem propriedades inferiores como tensão de bloqueio de 6.5 kV, limitação na frequência de comutação e resistência até 200ºC [Mengatto, 2015].

Ainda segundo Mengatto (2015),