Brasileiros eliminam terras-raras das lâmpadas de estado sólido

Energia

 

Com informações da Agência USP - 04/06/2012

Exemplos de possíveis utilizações do nano material luminescente em LEDs. Em amarelo, o local onde ficaria o nanopó. [Imagem: Antonio Carlos Hernandes]

Sem terras-raras

Cientistas do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP desenvolveram um nano material que poderá ser utilizado para fabricação de lâmpadas de estado sólido com elevada eficiência energética.

O nanopó - um pó cujas partículas possuem dimensões na faixa dos nanômetros - apresenta como principal característica o fato de emitir 90% de luz branca quanto exposto à luz ultravioleta - e uma luz com uma temperatura de cor que não incomoda o olho humano.

Isso torna o pó luminescente, feito de aluminato de boro, muito atraente do ponto de vista comercial, com possibilidade de uso imediato.

Outro aspecto importante é que não há em sua composição nenhum elemento químico do grupo das terras-raras - elementos do grupo dos lantanídeos que, embora não sejam assim tão raros, exigem alta tecnologia para seu processamento e, por serem úteis igualmente em produtos de alta tecnologia, já ameaçam ser as causas das guerras minerais.

"Os produtos atuais existentes no mercado mundial levam metais de terras-raras em sua composição e apresentam uma eficiência energética de 60%. O Departamento de Energia do governo dos Estados Unidos tem como meta desenvolver, até 2025, materiais que apresentem eficiência energética de 80%", compara o pesquisador Antônio Carlos Hernandes.

Sensibilidade aos ingredientes

No início do trabalho, os pesquisadores brasileiros obtiveram apenas 40% de eficiência energética.

Com o tempo, descobriram que uma variação mínima na pureza dos componentes utilizados influenciava diretamente muito esses resultados.

"Tínhamos 40% de eficiência energética quando os elementos apresentavam pureza entre 98 e 99%. Ao utilizarmos materiais com pureza entre 99,5% e 99,999%, atingimos o índice de 90% de eficiência energética", conta o pesquisador.

O índice inédito de eficiência foi alcançado durante o trabalho de Vinícius Guimarães, atualmente estudando no instituto francês CNRS.

Uma das aplicações mais imediatas do nanopó luminescente seria montá-lo juntamente com um LED ultravioleta, usando uma resina como substrato.

Isso criaria um LED capaz de emitir a chamada "luz branca quente", mais agradável aos olhos humanos.

À direita, o nanopó submetido à luz ultravioleta, o que gera uma reemissão de 90% da radiação na forma de luz branca. [Imagem: Antonio Carlos Hernandes]

Comprimentos de onda

O nanopó luminescente foi produzido a partir de uma mistura dos ácidos cítrico e bórico, além de outros compostos, como o etilenoglicol. Após um processo de mistura desses elementos, forma-se uma espécie de resina, de aspecto gelatinoso. A mistura é queimada em um forno com atmosfera com controle dos níveis de oxigênio e nitrogênio.

O resultado é um nanopó que, ao ser exposto à luz ultravioleta, emite 90% de luz branca.

A luz ultravioleta possui um comprimento de onda abaixo dos 400 nanômetros. Quando essas ondas incidem sobre o nano material, elas são reemitidas com comprimentos de onda entre 400 e 700 nanômetros, uma média muito similar à da luz do Sol.

"Aquela luz muito utilizada em faróis de carros, e que incomoda muito o olho humano, está na faixa dos 400 nanômetros", explica o professor Antônio Carlos.

Além do grupo da USP, o trabalho contou ainda com a participação de Alain Ibanez, do CNRS, e de Lauro Maia e Antonio Fernandes, da Universidade Federal de Goiás (UFG).

O nanopó luminescente foi patenteado - a patente é dividida entre as três instituições - e, tão logo a tese de doutoramento de Vinícius seja aprovada, o grupo partirá para procurar parcerias comerciais com vistas à industrialização do material.