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Cerâmica que vira LED

Publicado em 09 outubro 2010

Por Cínthia Leone, da Unesp

Um artigo produzido por cientistas do Instituto de Química (IQ), câmpus de Araraquara, avaliou a fotoluminescência de um material cerâmico que pode se tornar um diodo emissor de luz, mais conhecido pela sigla em inglês LED. Materiais como esse têm se tornado comuns, por exemplo, nos componentes luminosos de carros. O trabalho foi o mais acessado durante o mês de agosto na Physical Chemistry Chemical Physics, revista científica com sede em Londres, na Inglaterra. O periódico é considerado um dos mais importantes da área de físico-química em razão de sua visibilidade e de seu grande número de citações.

O texto foi publicado sob o título On the photoluminescence behavior of samarium-doped strontium titanate nanostructures under UV light - A structural and electronic understanding, ou em livre tradução para o português: Comportamento fotoluminescente de nanoestruturas de titonato de estrôncio, dopado com samário, sob luz ultravioleta - um entendimento estrutural e eletrônico. No dia 29 de setembro, o periódico apresentou em seu site uma lista com os dez artigos mais lidos do mês anterior, na qual o trabalho da Unesp está na primeira posição.

A autora principal do estudo é a engenheira de materiais Valéria Moraes Longo. O trabalho foi iniciado em 2009 como parte do pós-doutorado que ela ainda realiza no IQ, com o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Para a cientista, a repercussão do artigo se deve à originalidade da abordagem da pesquisa, que usou conceitos da mecânica quântica para caracterizar o comportamento das estruturas do material cerâmico em nível nanométrico. "Conseguimos chegar a uma explicação teórica de como funciona a fotoluminescência nesse material. Por essa razão, o trabalho terá aplicação na ciência básica, ou seja, para o ensino desse processo nas universidades."

Aplicação na indústria - Os materiais cerâmicos têm grande aplicação industrial, sobretudo porque apresentam estabilidade e elevada resistência ao desgaste. No caso da substância investigada, sua fotoluminescência indicaria uma possível utilização como LED. Esse recurso de emissão de luz não é usado apenas em componentes automotivos, mas também, por exemplo, em alguns modelos de semáforos, letreiros luminosos, fachadas de estabelecimentos, brinquedos e componentes eletroeletrônicos. No estudo, os pesquisadores buscaram descobrir quais estruturas da substância eram responsáveis pela luminosidade e como fazer para que as outras células pudessem desempenhar a mesma função, aumentando esse efeito.

O titanato de estrôncio, substância analisada no trabalho, é classificado como perovskita, nome que indica que o composto tem um arranjo cristalino. Essa característica é própria dos materiais cerâmicos, que apresentam um aspecto seqüencial, com repetições de padrões. Em uma escala de medidas muito pequena (angstrons), o material tem um aspecto de uma rede interligada de vários "cubinhos", que são as células unitárias. Para uma investigação mais profunda do material, os estudiosos analisaram unidades ainda menores, os chamados "clusters."

Os cientistas investigaram a interrelação entre os diversos clusters para uma possível modulação das cores que o material pode emitir - azul, verde, amarelo e vermelho. Os cálculos mecânicos quânticos foram utilizados para entendimento do processo óptico envolvido na emissão da luz. A partir daí, os pesquisadores doparam o composto, ou seja, adicionaram uma "impureza" em pequenas quantidades ao titanato para potencializar suas propriedades fotoluminescentes. Nesse caso, o dopante foi o samário, um metal de brilho intenso, bastante utilizado para fins ópticos.

Além de Valéria, assinaram o artigo outros estudiosos do IQ e também cientistas da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). O químico Juan Andrés Bort, professor da Universitat Jaime I, da Espanha, participou do experimento, que teve ainda a coordenação dos professores da Unesp Élson Longo e José Arana Varela. "Um dos desafios atuais da ciência é encontrar formas de melhorar o uso de recursos ópticos. Isso também explica o grande interesse da comunidade acadêmica pelo nosso trabalho", afirma o professor Longo.