Uma cerâmica sem chumbo que pode ser usada em aplicações que variam de sensores ópticos e interruptores a cremes para proteção contra luz ultravioleta (UV) foi desenvolvida por pesquisadores do A * STAR.

Cerâmicas feitas de niobato de potássio e sódio (KNN) são alternativas promissoras às cerâmicas à base de chumbo em aplicações eletro-ópticas. Contudo, é desafiador e caro melhorar o desempenho do KNN, garantindo que ele tenha uma alta densidade, refinado, microestrutura quimicamente uniforme.

Conhecido como PLZT, O titanato de zirconato de chumbo modificado com lantânio é uma das cerâmicas eletro-ópticas mais amplamente utilizadas. No entanto, existem sérias preocupações ecológicas em relação à toxicidade ao meio ambiente e aos organismos vivos, uma vez que os dispositivos feitos com ele são descartados; PLZT contém cerca de 60 por cento de chumbo (por peso). A pesquisa continua para encontrar substitutos sem chumbo para PLZT.

Santiranjan Shannigrahi, e seus colegas do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais da A * STAR e do Instituto de Computação de Alto Desempenho, desenvolveram um método para fazer um material cerâmico à base de KNN que tem o potencial de substituir o PLZT.

"Desenvolvendo um produto sem chumbo, cerâmica estável para aplicações práticas era nosso principal objetivo, "explica Shannigrahi." Há algum tempo, KNN tem se mostrado promissor como uma alternativa potencial ao PLZT, mas cerâmicas à base de KNN sofrem de uma série de problemas intrínsecos, como a baixa densidade de grandes, partículas em forma de cubo que permitem que a umidade seja absorvida, tornando-os instáveis ​​e, portanto, inadequados para o uso prático. "

Os cristais KNN são modificados em nanodimensionados, partículas quase esféricas dispostas em um arranjo de rede perovskita. Os íons de potássio e sódio estão localizados nos cantos da estrutura em forma de cubo, íons de oxigênio nas faces, e íons de nióbio no centro. Os pesquisadores então substituíram uma proporção dos íons de nióbio por íons de lantânio, mudando o tamanho e a estrutura do cristal e criando um material completamente novo cujas propriedades magnéticas e ópticas podem ser ajustadas quando expostas aos raios ultravioleta.

O novo material absorve completamente a luz ultravioleta quando iluminado, transformando-se em uma cor azul profunda. Isso é acompanhado por um aumento significativo na magnetização. Interessantemente, ele retorna à sua cor e magnetização originais assim que a iluminação cessa.

"Essas modificações produziram uma cerâmica semitransparente com nanodimensiona, partículas esféricas com uma densidade de aproximadamente 98 por cento do potencial teórico, "diz Shannigrahi.

O novo material pode ser usado em uma variedade de aplicações, incluindo sensores ultravioleta impotentes, interruptores e detectores ópticos, e para proteção UV em filtros solares.

"Nosso trabalho pode levar a uma alternativa mais ecológica ao PLZT, e agora estamos envolvendo parceiros industriais para um maior desenvolvimento, "diz Shannigrahi.