{"id":24144,"date":"2013-11-12T00:00:35","date_gmt":"2013-11-12T00:00:35","guid":{"rendered":"https:\/\/www.institutodeengenharia.org.br\/?p=24144"},"modified":"2013-11-12T14:42:23","modified_gmt":"2013-11-12T14:42:23","slug":"material-aumenta-em-ate-40-vezes-a-eficiencia-eletrica-de-led","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.institutodeengenharia.org.br\/site\/2013\/11\/12\/material-aumenta-em-ate-40-vezes-a-eficiencia-eletrica-de-led\/","title":{"rendered":"Material aumenta em at\u00e9 40 vezes a efici\u00eancia el\u00e9trica de LED"},"content":{"rendered":"

Os LEDs (light-emitting diodes \u2013 diodos emissores de luz) tornaram-se componentes onipresentes do mundo contempor\u00e2neo, utilizados em telas de TV e monitores de computador, letreiros luminosos e luzes de sinaliza\u00e7\u00e3o, lumin\u00e1rias de autom\u00f3veis e dispositivos de controle remoto, ao lado de muitas outras aplica\u00e7\u00f5es. Consistem, basicamente, de semicondutores que, ligados a uma fonte de energia el\u00e9trica, emitem luz, quando os el\u00e9trons da corrente se recombinam com lacunas existentes na rede at\u00f4mica do material, liberando energia na forma de f\u00f3tons. <\/p>\n

Os chamados quantum-dots (pontos qu\u00e2nticos), constitu\u00eddos por part\u00edculas nanom\u00e9tricas semicondutoras, s\u00e3o \u00f3timos materiais para a fabrica\u00e7\u00e3o de LEDs, pois produzem brilho intenso; emitem luz em uma faixa bem estreita de comprimentos de onda, o que possibilita alta resolu\u00e7\u00e3o de cor; e s\u00e3o relativamente baratos para produ\u00e7\u00e3o em larga escala. No entanto, sua utiliza\u00e7\u00e3o esbarra em um poderoso fator limitante: a baixa efici\u00eancia el\u00e9trica, da ordem de apenas 0,1% a 0,2%. <\/p>\n

Isso decorre de um fen\u00f4meno qu\u00e2ntico denominado \u201cefeito Auger\u201d, assim chamado em homenagem a um de seus descobridores, o f\u00edsico franc\u00eas Pierre Victor Auger (1899-1993). <\/p>\n

No \u00e1tomo, quando um el\u00e9tron pr\u00f3ximo do n\u00facleo \u00e9 removido, deixando uma vaga na camada eletr\u00f4nica que ocupava, outro el\u00e9tron, mais distante (portanto, dotado de um n\u00edvel maior de energia cin\u00e9tica), vem preencher o seu lugar. <\/p>\n

O efeito esperado \u00e9 que a energia excedente desse segundo el\u00e9tron seja liberada para o meio com a emiss\u00e3o de um f\u00f3ton (a part\u00edcula associada \u00e0 intera\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica). Por\u00e9m, pode ocorrer que a energia seja transmitida a um terceiro el\u00e9tron, que, excitado, supera a atra\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica do n\u00facleo, sendo ejetado pelo \u00e1tomo. Foi esse outro desfecho poss\u00edvel que recebeu o nome de \u201cefeito Auger\u201d. <\/p>\n

Fen\u00f4meno an\u00e1logo (neste caso, denominado \u201crecombina\u00e7\u00e3o Auger\u201d) pode ocorrer em um material semicondutor, quando, ao ocupar lacuna na rede at\u00f4mica, em vez de liberar f\u00f3ton, o el\u00e9tron transmite sua energia a outro el\u00e9tron, que \u00e9 ejetado pela rede. Transformando energia el\u00e9trica em energia cin\u00e9tica, em vez de energia luminosa, a \u201crecombina\u00e7\u00e3o Auger\u201d faz com que a efici\u00eancia dos LEDs seja extremamente baixa. <\/p>\n

Mas um experimento recente, realizado na Divis\u00e3o de Qu\u00edmica do Los Alamos National Laboratory, dos Estados Unidos, conseguiu controlar a influ\u00eancia da \u201crecombina\u00e7\u00e3o Auger\u201d. O time de pesquisadores, do qual participou o brasileiro L\u00e1zaro Padilha, professor doutor no Instituto de F\u00edsica Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), publicou seu trabalho na Nature Communications, jornal eletr\u00f4nico do grupo Nature \u2013 o artigo pode ser acessado em: www.nature.com\/ncomms\/2013\/131025\/ncomms3661\/full\/ncomms3661.html. <\/p>\n

<\/a>\u201cProduzimos novos materiais que possibilitaram minimizar o \u2018efeito Auger\u2019. Com eles, foi poss\u00edvel obter LEDs at\u00e9 10 vezes mais eficientes, com uma taxa de convers\u00e3o de energia el\u00e9trica em energia luminosa da ordem de 2%\u201d, disse Padilha \u00e0 Ag\u00eancia FAPESP. <\/p>\n

\u201cMais do que isso: conseguimos limitar o processo de ioniza\u00e7\u00e3o do material. Essa ioniza\u00e7\u00e3o, que decorre da inje\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons, acentua o \u2018efeito Auger\u2019. Quanto mais carga injetada, maior o \u2018efeito Auger\u2019. Criando uma barreira para controlar a inje\u00e7\u00e3o, chegamos a uma efici\u00eancia da ordem de 8%. Ou seja, aumentamos a efici\u00eancia em at\u00e9 40 vezes, de 0,1% a 0,2% para 8%\u201d, acrescentou o pesquisador. <\/p>\n

Para isso, os pesquisadores utilizaram, como ponto de partida, quantum-dots de seleneto de c\u00e1dmio (CdSe). Esse material semicondutor confere ao LED a efici\u00eancia de 0,1% a 0,2%. Revestindo o n\u00facleo de seleneto de c\u00e1dmio de cada part\u00edcula com uma camada de sulfeto de c\u00e1dmio (CdS) e introduzindo, entre o n\u00facleo de CdSe e a camada externa de CdS, uma pel\u00edcula bem fina de uma liga dos dois materiais (CdSeS), foi poss\u00edvel aumentar a efici\u00eancia para cerca de 2%. <\/p>\n

Por fim, acima da camada de CdS, foi acrescentada outra camada, composta de uma liga de zinco, c\u00e1dmio e enxofre (ZnCdS). Essa liga funcionou como barreira, limitando e controlando a entrada de el\u00e9trons na nanopart\u00edcula e, dessa forma, reduzindo ainda mais o \u201cefeito Auger\u201d. Assim, foi poss\u00edvel elevar a efici\u00eancia para 8%. <\/p>\n

\u201cO grande m\u00e9rito desse trabalho foi a engenharia do material, que possibilitou controlar a intera\u00e7\u00e3o dos el\u00e9trons da corrente com as lacunas (isto \u00e9, as aus\u00eancias de el\u00e9trons) da rede at\u00f4mica do semicondutor\u201d, comentou Padilha. <\/p>\n

\u201cAs nanopart\u00edculas, com di\u00e2metro total de 7 nan\u00f4metros cada, foram obtidas por meio de s\u00edntese qu\u00edmica, com um controle muito rigoroso de cada etapa das rea\u00e7\u00f5es\u201d, explicou. <\/p>\n

Com a utiliza\u00e7\u00e3o dessas nanopart\u00edculas modificadas ser\u00e1 poss\u00edvel, por exemplo, produzir aparelhos de televis\u00e3o capazes de gerar mais luz com menor consumo de eletricidade. Outra vantagem \u2013 esta relacionada com o uso de quantum-dots em geral \u2013 \u00e9 que a estreita banda de emiss\u00e3o luminosa de cada nanopart\u00edcula permitir\u00e1 melhorar muito a resolu\u00e7\u00e3o de cor. <\/p>\n

Autor: Ag\u00eancia Fapesp<\/b><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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