Materiais Avançados na Cadeia de Suprimentos de Eletrônicos

A indústria eletrônica está acostumada com mudanças rápidas e inovação. Disrupção é o sobrenome da indústria. Nos últimos anos, vimos uma série de tendências – da automação impulsionada por IA aos esforços de reshoring – remodelando as cadeias de suprimentos da indústria. No entanto, ao olharmos para frente, uma tendência merece mais atenção do que tem recebido: o papel dos materiais avançados nas cadeias de suprimentos eletrônicos.

Enquanto discussões sobre resiliência da cadeia de suprimentos, cibersegurança e digitalização capturam as manchetes, a importância dos materiais avançados está crescendo silenciosamente. Esses materiais – de novas ligas a compósitos de ponta e nanomateriais – são críticos para a próxima onda de avanços tecnológicos em áreas como computação quântica, semicondutores avançados e baterias de próxima geração.

A Crescente Demanda por Materiais Especializados

A demanda por materiais avançados – incluindo isolantes topológicos, grafeno, eletrólitos sólidos, materiais de perovskita e elementos de terras raras – está crescendo à medida que a tecnologia avança. De acordo com a IndustryARC^™, o mercado de materiais avançados tem previsão de atingir $2,1 trilhões até 2025, crescendo a uma CAGR de 4,5% de 2020 a 2025 (esses números são para materiais especializados em várias indústrias, não apenas eletrônicos).

A indústria eletrônica está constantemente expandindo os limites do que esses materiais podem fazer. A computação quântica, por exemplo, requer materiais com propriedades quânticas únicas – como superposição e emaranhamento – que não são encontradas em componentes eletrônicos tradicionais. Da mesma forma, o desenvolvimento de baterias de próxima geração depende de materiais com densidades energéticas mais altas e ciclos de carga e descarga mais rápidos.

À medida que as empresas se tornam dependentes desses materiais especiais, garantir um fornecimento confiável é crítico, porém desafiador. Muitos desses materiais são raros, difíceis de extrair e/ou requerem processos de fabricação complexos. A criação desses materiais envolve várias etapas de processamento que muitas vezes são realizadas em diferentes países, tornando-os altamente vulneráveis a interrupções. Isso adiciona uma camada de risco à cadeia de suprimentos eletrônicos que nem sempre é totalmente apreciada. 

Como os Materiais Avançados são Usados na Eletrônica Moderna

Isolantes Topológicos: Esses materiais conduzem eletricidade em sua superfície, mas agem como isolantes em seu interior. Suas propriedades eletrônicas únicas os tornam valiosos para aplicações em computação quântica, spintrônica e dispositivos eletrônicos avançados que requerem baixo consumo de energia.

Graphene: Conhecido por sua extraordinária condutividade elétrica, resistência e flexibilidade, o grafeno é usado em uma ampla gama de aplicações eletrônicas, incluindo transistores de alta velocidade, displays flexíveis, baterias e sensores. Tem o potencial de revolucionar campos como armazenamento de energia e eletrônicos transparentes.

Eletrólitos Sólidos: Esses materiais são essenciais no desenvolvimento de baterias de próxima geração, como as baterias de íon de lítio sólido. Eletrólitos sólidos possibilitam um armazenamento de energia mais seguro e eficiente para VE (Veículos Elétricos), eletrônicos de consumo e armazenamento em rede, reduzindo os riscos associados aos eletrólitos líquidos.

Materiais Perovskita: Perovskitas estão ganhando atenção pelo seu uso em células solares, onde podem converter luz solar em eletricidade de forma mais eficiente do que as tecnologias baseadas em silício tradicionais. Também estão sendo avaliadas para uso em diodos emissores de luz (LEDs), lasers e sensores.

Elementos Terras Raras: Esses elementos são essenciais para a eletrônica moderna, usados na produção de ímãs poderosos e fósforos para telas de exibição, e como catalisadores em várias aplicações de alta tecnologia. As terras raras são cruciais para produtos como smartphones, motores de veículos elétricos e turbinas eólicas.

Manufacturing Made Easy

Send your product to manufacturing in a click without any email threads or confusion.

Learn More

O Impacto das Tensões Geopolíticas

Os fatores geopolíticos complicam a situação. Muitos materiais avançados são obtidos de regiões sensíveis, inseguras ou instáveis. Por exemplo, elementos de terras raras – incluindo neodímio, disprósio, praseodímio, samário e térbio – são essenciais para muitas aplicações de alta tecnologia. No entanto, a China controla cerca de 60 a 70 por cento da produção global. Essa concentração de fornecimento cria um potencial ponto de estrangulamento para a indústria eletrônica global, especialmente com tensões comerciais em curso entre EUA e China.

Governos e empresas estão trabalhando para diversificar as fontes desses materiais, mas esses empreendimentos são caros e levam muito tempo. Novas operações de mineração e instalações de processamento levam anos de desenvolvimento, e o impacto ambiental de tais atividades traz obstáculos adicionais. Apesar dos desafios, as empresas que investem cedo na segurança de fontes alternativas ou no desenvolvimento de substitutos para esses materiais provavelmente se encontrarão em uma posição vantajosa à medida que a demanda cresce.

Reshoring e Produção Localizada

Reshoring, a tendência de trazer a fabricação para mais perto de casa, está entrelaçada com o fornecimento de materiais avançados e raros. À medida que as empresas americanas movem a produção de produtos de volta para os EUA, elas precisarão garantir um fornecimento estável dos materiais especializados necessários para a fabricação avançada.

Os materiais avançados muitas vezes requerem conhecimento especializado e infraestrutura que não são encontrados em muitas regiões. Isso significa que, mesmo com a fabricação se movendo para mais perto de casa, a maioria dos fabricantes ainda precisará depender de cadeias de suprimentos globais para alguns dos materiais brutos e componentes que entram em seus produtos.

Sustentabilidade e a Cadeia de Suprimentos

Consumidores e reguladores estão exigindo produtos mais verdes, empurrando a indústria eletrônica a encontrar maneiras de obter materiais de forma mais sustentável. Isso significa desenvolver novos materiais mais fáceis de reciclar que tenham uma pegada ambiental menor. Por exemplo, a busca por baterias mais sustentáveis levou à pesquisa em materiais como eletrólitos sólidos, que prometem maior desempenho e menos problemas ambientais do que as baterias de íon de lítio de hoje. No entanto, esses materiais ainda estão nos estágios iniciais de desenvolvimento, e escalá-los para atender à demanda industrial levará algum tempo.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

A Economia Circular & Materiais Avançados

À medida que a indústria eletrônica enfrenta uma pressão crescente para abordar tanto os desafios da cadeia de suprimentos quanto as preocupações ambientais, o conceito de economia circular está ganhando força. Um modelo de economia circular enfatiza a reutilização, reciclagem e fontes sustentáveis de materiais, o que é especialmente importante para materiais avançados que muitas vezes são raros, caros e/ou têm um alto custo ambiental para serem extraídos. As empresas estão explorando maneiras de recuperar e reciclar materiais avançados de eletrônicos no fim de vida útil, reduzindo a dependência de cadeias de suprimentos globais voláteis.

Incorporar uma abordagem de economia circular nas estratégias de cadeia de suprimentos mitiga os riscos de escassez de materiais, ao mesmo tempo que reduz a pegada ambiental associada à mineração e fabricação. Por exemplo, sistemas de reciclagem em circuito fechado para ímãs de terras raras podem ajudar a reduzir a dependência de fontes de materiais frescos. Inovações em tecnologias de reciclagem estão possibilitando uma recuperação mais eficiente desses materiais valiosos, oferecendo uma alternativa mais sustentável à mineração.

Empresas que incorporam o pensamento de economia circular em sua obtenção e uso de materiais posicionarão a si mesmas para melhor atender às demandas regulatórias e aumentar a resiliência da cadeia de suprimentos. À medida que a demanda por materiais avançados continua a crescer nos próximos anos, a indústria eletrônica deve, coletivamente, adotar uma perspectiva de economia circular para garantir um fornecimento mais sustentável e confiável desses recursos valiosos.

Preparando-se para um Futuro Centrado em Materiais

O papel dos materiais avançados na cadeia de suprimentos de eletrônicos só se tornará mais proeminente nos próximos anos. À medida que as empresas continuam a inovar, a demanda por esses materiais crescerá, colocando pressão sobre cadeias de suprimentos que já estão esticadas. Para se manter à frente da curva, as empresas devem investir tempo e recursos para garantir um fornecimento confiável desses materiais únicos. Isso pode ser por meio de investimentos diretos em instalações de mineração e processamento, parcerias com fornecedores ou pesquisa em materiais alternativos. Ao dar aos materiais avançados a atenção que merecem, os fabricantes podem construir uma competitividade de longo prazo em um mercado global cada vez mais desafiador.