Tinta eletrônica

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A tinta eletrônica é um tipo especial de tinta que pode exibir cores diferentes quando exposta a um campo elétrico. É feito por meio de um processo de duas etapas que envolve a criação de partículas carregadas de dois tons e o encapsulamento delas em um invólucro polimérico transparente. Os invólucros de nanopartículas resultantes são suspensos em um solvente até que a tinta possa ser aplicada a uma superfície. Desenvolvida pela primeira vez no início dos anos 1990, a tinta eletrônica promete revolucionar a indústria de impressão e talvez até mudar a forma como interagimos com o mundo.

Antecedentes

A tinta existe há séculos e, para fins de exibir uma ideia, a tinta no papel tem muitas vantagens sobre os visores eletrônicos. O papel é fácil de transportar e pode ser lido quase a qualquer hora e em qualquer lugar. Não requer fonte de alimentação e é relativamente durável. No entanto, a tinta no papel tem a desvantagem de não poder ser atualizada. A tinta eletrônica foi projetada para manter as vantagens do papel e da tinta tradicionais, enquanto fornece as vantagens adicionais de atualização e armazenamento de dados de alta capacidade.

A tinta eletrônica é como a tinta tradicional, pois é um líquido colorido que pode ser revestido em quase qualquer superfície. Suspensas no líquido estão milhões de microcápsulas que contêm partículas poliméricas minúsculas de dois tons. Um lado da partícula é uma cor escura, enquanto o outro é uma cor clara contrastante. Semelhante a um ímã, o lado de cor escura da partícula tem uma carga elétrica que é oposta à do lado de cor clara. Quando a tinta é exposta a um campo elétrico, as partículas se realinham, dependendo da carga do campo. Quando todos os lados escuros são atraídos para a superfície, a tinta parece escura. Quando uma carga elétrica oposta é aplicada, os lados claros ficam voltados para a frente e a superfície parece leve. Essa capacidade de mudar de branco para preto ou vice-versa sempre que desejado torna a tinta eletrônica extremamente útil. Quando um livro ou outra superfície é revestido com tinta eletrônica, ele pode ser reprogramado para exibir palavras ou imagens diferentes.

Há muito se sabe na indústria de impressão que letras e imagens podem ser exibidas usando pontos ou pixels distintos. Quanto mais pixels puderem ser colocados juntos, melhor será a aparência da imagem. Em um jornal comum, cerca de 300 pixels são usados ​​na área de uma polegada quadrada. Quando a tinta eletrônica é revestida em uma superfície em quantidades específicas, cada um desses pixels pode se tornar claro ou escuro, dependendo de como o campo eletrônico é aplicado. A tecnologia de impressão já está disponível para cobrir superfícies com mais de 1.200 pixels por polegada quadrada de tinta eletrônica. Essa resolução torna a tinta eletrônica adequada para quase todos os trabalhos impressos.

A maneira como um visor de tinta eletrônica funcionaria é muito parecida com uma tela de computador. Cada pixel de tinta pode ser controlado por um computador conectado. Grupos de pixels adjacentes podem ser ativados ou desativados para criar letras, números e imagens. Embora isso possa ser difícil de conseguir em um pedaço de papel padrão, um papel especialmente projetado está sendo desenvolvido, que terá a aparência e a aparência de papel, mas na verdade será um minicomputador completo com uma vasta gama de circuitos elétricos para controlar cada pixel. No entanto, esse papel especial não seria essencial porque um scanner especial também poderia ser desenvolvido para ter o mesmo efeito.

Uma das características mais úteis da tinta eletrônica é que após a retirada do campo elétrico, a tinta permanece em sua configuração. Isso significa que apenas uma pequena quantidade de energia é necessária em comparação com telas eletrônicas típicas. A configuração pode ser alterada, porém, aplicando um novo campo elétrico sempre que desejado. Isso significa que, se um livro foi impresso com tinta eletrônica, ele pode conter as palavras de um livro em um dia e de outro livro no dia seguinte. Se equipado com armazenamento de memória, um único livro eletrônico pode conter milhares de textos diferentes.

História

Embora a palavra impressa exista há séculos, a ideia da tinta eletrônica é uma invenção relativamente recente. No final da década de 1970, pesquisadores do Xerox PARC desenvolveram um protótipo de livro eletrônico. O dispositivo usava milhões de pequenos ímãs com lados opostos coloridos (preto em um, branco no outro) embutidos em uma superfície fina e macia de borracha. Quando uma carga elétrica era introduzida, os ímãs giravam, formando uma marca preta ou branca semelhante a pixels em uma tela de vídeo. O dispositivo nunca foi um sucesso comercial porque era grande e difícil de usar.

Na década seguinte, várias telas foram introduzidas e a ideia de um livro eletrônico tornou-se realidade. No entanto, esses dispositivos ainda são mais pesados ​​do que o papel impresso. Em 1993, Joe Jacobson, um pesquisador do MIT, começou a investigar a ideia de um livro que se compõe. Ele concebeu uma variação da ideia do PARC usando partículas reversíveis. Eventualmente, ele criou a tinta eletrônica, que utiliza polímeros coloridos envoltos em uma concha transparente. Ele submeteu sua ideia para patente em 1996 e acabou sendo premiado com uma em 2000.

Jacobson formou a E Ink Corporation, que foi projetada para trazer tinta eletrônica para o mercado. O primeiro produto comercial é o display Immedia. É um sinal de publicidade que se parece e se sente exatamente como um sinal de papel. Porém, esta placa é revestida com tinta eletrônica permitindo que seja programada para alterar sua mensagem. A E ink prevê que a tinta eletrônica acabará sendo utilizada em uma área onde a tinta tradicional é usada, como jornais, livros, revistas e até roupas.

Matérias-primas

Uma variedade de matérias-primas é usada na produção de tinta eletrônica. Isso inclui polímeros, agentes de reação, solventes e corantes.

Polímeros são materiais de alto peso molecular que são feitos de monômeros quimicamente ligados. Para fazer as porções carregadas e coloridas da tinta eletrônica, polietileno, fluoreto de polivinilideno ou outros polímeros adequados são usados. Esses materiais são úteis porque podem se tornar líquidos quando aquecidos, solidificar quando resfriados e manterão dipolos estáveis ​​de longa duração.

Materiais de enchimento são adicionados aos polímeros para alterar suas características físicas. Como os polímeros geralmente são incolores, são adicionados corantes para produzir o contraste necessário para a tinta eletrônica. Estes podem ser corantes solúveis ou pigmentos fragmentados. Para produzir uma cor branca, um material inorgânico como o dióxido de titânio pode ser usado. Os óxidos de ferro podem ser usados ​​para produzir outras cores como amarelo, vermelho e marrom. Também podem ser utilizados corantes orgânicos, como vermelhos de pirazolona, ​​violeta de quinacridona e amarelo de flavantrona. Outros enchimentos, como plastificantes, podem ser adicionados para modificar as características elétricas dos polímeros. Isso é particularmente importante para tinta eletrônica. Durante a produção, o polímero é aquecido. Por este motivo, são adicionados estabilizadores para evitar que se quebre. Os estabilizadores de calor incluem óleos insaturados como óleo de soja. Os materiais de proteção adicionados incluem protetores UV, como benzofenonas, e antioxidantes, como tióis alifáticos. Esses materiais ajudam a prevenir a degradação UV e a oxidação ambiental, respectivamente.

Durante o processo de encapsulamento de tinta eletrônica, vários compostos são usados. A água é usada para criar uma emulsão e fornecer um veículo para que ocorra a reação de encapsulamento. Monômeros são adicionados para produzir o invólucro de encapsulamento. São utilizados agentes de reticulação que fazem com que os monômeros reajam. O óleo de silicone é o material hidrofóbico que é incorporado às partículas coloridas no encapsulado. Este material fornece um meio líquido para as partículas viajarem quando o campo elétrico é aplicado. É límpido, incolor e extremamente escorregadio. Outros materiais de gel ou poliméricos Composto por pequenas nanopartículas carregadas de dois tons, a tinta eletrônica pode exibir diferentes cores ou mensagens quando exposta a um campo elétrico. Dependendo do tipo de carga, as partículas serão atraídas ou repelidas da superfície, criando efeitos diferentes. pode ser adicionado ao encapsulado para melhorar a estabilidade do sistema.

O processo de fabricação

A tinta eletrônica é produzida em etapas. Primeiro, duas tintas contrastantes recebem cargas opostas. Em seguida, as tintas são encapsuladas em microesferas condutoras e aplicadas na superfície desejada.

Produção de tinta carregada

• 1 Dois polímeros líquidos contrastantes são carregados em recipientes separados que possuem bicos atomizadores acoplados. Os materiais são mantidos aquecidos para que permaneçam líquidos. Um dos bicos tem um potencial carregado positivamente, enquanto o outro tem um potencial negativo. A pressão é então usada para forçar as tintas através dos bicos, fazendo com que elas se quebrem em partículas minúsculas e também adquiram as cargas opostas. Os recipientes estão situados próximos um do outro, de modo que quando as tintas saem dos bicos, elas entrem em contato. Como têm cargas opostas, eles são atraídos um pelo outro e formam partículas maiores e neutras.
• 2 Depois que as partículas maiores são formadas, os materiais podem esfriar, o que faz com que se solidifiquem. Isso resulta em uma pequena partícula sólida de dois tons que tem um lado positivo e um lado negativo. As partículas passam por um elemento de aquecimento que reduz a tensão superficial e cria uma esfera mais perfeita.
• 3 As partículas passam por um conjunto de eletrodos para separar as que estão com carga imperfeita. À medida que passam pelos eletrodos, as partículas imperfeitas são atraídas para o eletrodo correspondente e, em seguida, removidas. O resto das partículas são transferidas para a área de encapsulamento.

Encapsulando tinta

• 4 As partículas são movidas para um tanque que contém uma solução líquida de monômero em um óleo de silicone. As partículas são completamente misturadas para que sejam dispersas uniformemente. Esta solução é combinada com uma fase aquosa que cria uma emulsão. Uma emulsão é uma mistura semi-estável de óleo e água. As partículas de tinta eletrônica permanecem no óleo de silicone que é circundado por água.
• 5 Um agente de reticulação é adicionado à solução que faz com que o monômero reaja com ele mesmo. Isso produz pequenas esferas que contêm um pouco de óleo de silicone e partículas de tinta eletrônica. As partículas de tinta podem então ser separadas da fase aquosa para várias aplicações. Isso pode ser feito por evaporação com subsequente lavagem com solvente.
• 6 Após a conclusão das reações, os artigos de tinta eletrônica são armazenados em um solvente líquido até que possam ser aplicados. Dependendo do produto final, este processo de aplicação pode envolver espalhar a tinta líquida em papel especializado, tecido ou outros tipos de fibras.

Controle de qualidade

Para garantir a qualidade da tinta eletrônica, cada fase do processo de produção é monitorada. Por ser uma tecnologia relativamente nova, a tinta eletrônica não é produzida em grandes e rápidas quantidades. Por esse motivo, cada etapa pode ser testada exaustivamente antes de prosseguir para a próxima. As inspeções começam com uma avaliação das matérias-primas recebidas. Esses materiais são testados para coisas como pH, viscosidade e gravidade específica. Além disso, a cor e a aparência são avaliadas. Depois que a tinta eletrônica é finalizada, ela é testada para garantir que reagirá adequadamente a um campo elétrico. O material pode ser espalhado sobre uma superfície fina e ter um campo elétrico aplicado. A cor da superfície deve mudar de acordo. O tamanho da partícula também é testado usando várias telas de malha.

O Futuro

Os primeiros produtos que utilizam tinta eletrônica acabam de ser lançados. Eles são dispositivos simples de dois tons que não são mais impressionantes do que monitores eletrônicos de tela plana. No entanto, as gerações futuras prometem ter amplas aplicações e podem impactar significativamente a maneira como interagimos com o mundo. A esperança que os fabricantes de tinta eletrônica têm é que esse material seja inicialmente incorporado em outdoors, dispositivos portáteis de computador, livros e jornais. Mas, em última análise, a tinta eletrônica será colocada em qualquer superfície, como roupas, paredes, etiquetas de produtos e adesivos. Ele se tornará onipresente no ambiente, de forma que qualquer mensagem pode ser exibida em qualquer lugar e a qualquer hora.

Como o produto atual de tinta eletrônica é composto de apenas duas cores, os produtos feitos com ele não podem criar uma tela totalmente colorida. No futuro, mais cores de tinta eletrônica serão desenvolvidas. Os cientistas ainda precisam descobrir como exibir essas cores diferentes no momento adequado, mas uma vez feito isso, qualquer superfície revestida com tinta eletrônica pode se tornar tão interessante de se olhar quanto uma tela de televisão.