Vidro luminescente tempera a luz cansativa dos LEDs

Com informações da Agência Fapesp - 23/03/2016

Composto por íons de terras-raras e nanopartículas de ouro e prata, o material poderá ser conjugado com semicondutores em LEDs, células fotovoltaicas e biossensores.
[Imagem: Victor Anthony Garcia Rivera et al. - 10.1038/srep18464]

Luz agradável

Pesquisadores do Centro de Pesquisas em Óptica e Fotônica (Cepof) sintetizaram um vidro luminescente que, entre outras aplicações, pode ser utilizado para temperar a luz branca e fria dos LEDs (diodos emissores de luz), tornando-a menos desconfortável e cansativa.

"A espécie humana evoluiu sob a luz do sol, que é levemente amarelada. A luz excessivamente branca dos LEDs, cada vez mais empregada na iluminação artificial e em dispositivos eletrônicos, exerce sobre nós um efeito desgastante. Uma das aplicações tecnológicas possíveis do vidro luminescente que produzimos é acrescentar um pouco mais de cor vermelha a essa luz, tornando-a menos branca", disse Euclydes Marega Junior, da USP, um dos coordenadores da pesquisa.

Vidro luminescente

O vidro luminescente é composto por óxido de telúrio com a adição de tungstênio, íons de terras-raras (túlio e itérbio) e nanopartículas de ouro e prata - sua luminescência se deve justamente à presença desses íons de terras-raras. Já as nanopartículas de ouro e prata atuam como minúsculas antenas, possibilitando ao material captar mais luz e, assim, produzir maior luminescência.

"Exemplo de material luminescente é o Ce:YAG (material à base de ítrio e alumínio dopado com cério), que constitui o verdadeiro responsável pela cor branca da luz dos LEDs disponíveis no mercado. De fato, a luz emitida pelo LED não é branca, mas violeta, já na fronteira com o ultravioleta. O Ce:YAG utilizado no encapsulamento do LED absorve essa luz violeta de alta frequência e reemite uma mistura de luzes de frequências mais baixas: predominantemente a verde e a laranja e, em menor quantidade, a vermelha. A cor branca e fria característica desse tipo de iluminação é resultado de tal mistura. Na verdade, o uso tecnológico da terra-rara cério já é bastante antigo, porque com ele se fabricavam as 'camisinhas' dos velhos lampiões de querosene," explica Euclydes.

O túlio e o itérbio - as terras-raras empregadas na produção do novo vidro luminescente - pertencem à família química do cério, ocupando a mesma fila na Tabela Periódica. A diferença, no caso, é que, ao absorverem luz, reemitem em frequências ainda mais baixas, já na faixa superior do infravermelho. Ao acrescentar essas frequências mais baixas à mistura de cores, o vidro pode imprimir um tom ligeiramente amarelado à luz do LED, aproximando-a do padrão da luz solar.

A luminescência ocorre quando os elétrons que compõem os átomos do material dão dois saltos quânticos. Primeiro, salta para órbitas de maior potencial energético. Depois, de volta às órbitas primitivas, devolvem o excedente de energia na forma de fótons, ou partículas de luz.
[Imagem: Euclydes Marega Junior]

Aplicações tecnológicas do vidro luminescente

Apenas o uso do material nos LEDs já seria um grande trunfo tecnológico. Mas o vidro luminescente oferece ainda outras possibilidades de uso.

"Uma delas decorre do fato de que é mais fácil alojar luzes de frequências menores no interior de uma fibra óptica. As luzes de alta frequência - portanto, de menor comprimento de onda - tendem a escapar das fibras ópticas nas curvas, saindo, como se diz, pela tangente. Já as luzes de frequências mais baixas - portanto, de maiores comprimentos de onda - podem fazer a curva sem escapar", afirmou Euclydes.

Outra importante possibilidade tecnológica resultante da conjugação de semicondutores e terras-raras é fazer o caminho inverso. Isto é, gerar corrente elétrica a partir da luz. Tal processo, já realizado pelas fotocélulas ou células fotovoltaicas, seria otimizado com a incorporação de terras-raras.

Desdobramento tecnológico ainda mais revolucionário seria conjugar semicondutores, terras-raras e nanopartículas metálicas na confecção de circuitos híbridos, parte eletrônicos e parte fotônicos.

"Poderíamos, por exemplo, aplicar um filme ultrafino de terras-raras e nanopartículas sobre uma superfície semicondutora. Tal filme funcionaria como uma diminuta guia de onda, capaz de orientar o fluxo de plásmons [ondas de elétrons livres induzidas pela luz] na superfície semicondutora," conjecturou o professor Euclydes.

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