Trocando os caros materiais da eletrônica por elementos baratos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/08/2019

O comportamento optoeletrônico desses materiais de baixo custo pode ser ajustado durante sua fabricação.
[Imagem: 10.1103/PhysRevLett.122.256403]

Elementos raros na eletrônica

Pesquisadores desenvolveram uma maneira de fazer materiais para eletrônica, LEDs e células solares a partir de elementos químicos mais abundantes e mais baratos do que os utilizados hoje pela indústria.

Os novos compostos também podem ser "sintonizados" para captar eficientemente a energia de diferentes comprimentos de onda da luz no espectro solar e produzir a gama de cores mais agradável ao olho humano na iluminação artificial.

Hoje, os componentes optoeletrônicos nos painéis solares de película fina, no celular e nos LEDs são feitos usando alguns dos elementos mais raros e mais caros encontrados no planeta.

"Na verdade, corremos o risco de ficar sem alguns desses elementos, porque eles não são fáceis de reciclar e têm uma oferta limitada. Não é viável para a tecnologia confiar em algo que provavelmente acabará em uma escala de 10 a 20 anos," disse o professor Roy Clarke, da Universidade de Michigan, nos EUA.

Fabricando materiais optoeletrônicos

Se você se lembrar de suas aulas de química, cada coluna da Tabela Periódica é considerada um grupo de elementos. Por exemplo, o grupo III inclui elementos como índio e gálio - ambos elementos relativamente escassos que, no entanto, atualmente são a base de quase todas as aplicações combinando luz e eletricidade.

A equipe encontrou uma maneira de combinar dois elementos comuns, zinco e magnésio, para fazer um novo composto com propriedades optoeletrônicas a partir de elementos dos grupos II, IV e V. Este composto II-IV-V pode substituir os elementos raros tipicamente encontrados nos materiais optoeletrônicos III-V.

Embora já existam avanços no desenvolvimento de uma eletrônica de componente único, atualmente somente tipos específicos desses compostos - uma combinação de dois ou mais elementos III-V - podem ser usados para fabricar componentes eletrônicos que emitem luz - LEDs - ou que coletam eletricidade - células solares.

Eletrônica com materiais baratos

O novo composto - feito de zinco, estanho e nitrogênio (ZnSnN2) - consegue tanto coletar quanto emitir luz, o que significa que ele pode potencialmente ser usado para fabricar os componentes dos painéis solares de película fina, das lâmpadas de LED, telas de celulares e telas de televisão.

Se o zinco for trocado por magnésio (MgSnN2), o material fica ainda melhor para lidar com luzes azul e ultravioleta. Ambos os compostos também são "ajustáveis" - isto é, quando os pesquisadores cultivam cristais de um dos compostos, podem ordenar os elementos de tal forma que o material seja sensível a comprimentos de onda específicos da luz.

Essa possibilidade de ajuste é desejada porque permite ajustar o material para responder à maior variedade de comprimentos de onda da luz, seja captando uma gama mais ampla da luz solar, seja emitindo luz de cores mais agradáveis aos olhos humanos.

A próxima fase da pesquisa, antes da construção de protótipos de componentes totalmente funcionais, consistirá no estudo detalhado da resposta eletrônica dessa nova família de materiais e testes de várias arquiteturas em nanoescala que sejam adequadas para explorar suas propriedades.

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