Uma nova perspectiva para o desenvolvimento de novos candidatos de halogenetos de cobre alcalino (I) e Cs5Cu3Cl6I2 poderia ser um material promissor emissor de azul com elementos não tóxicos, alta eficiência quântica, e estabilidade do ambiente. Crédito:Tokyo Tech
Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) descobriram um novo haleto de cobre alcalino, Cs 5 Cu 3 Cl 6 eu 2 , que emite luz azul pura. A combinação dos dois íons haleto, cloreto e iodeto, dá ao material uma estrutura cristalina feita de cadeias em zigue-zague e propriedades peculiares que resultam em fotoluminescência altamente eficiente. Este novo composto poderia ser prontamente usado para produzir LEDs brancos relativamente baratos e ecológicos e reduzir a energia usada na geração de luz artificial diária.
A luz artificial é responsável por aproximadamente 20% do total da eletricidade consumida globalmente. Considerando a atual crise ambiental, isso torna a descoberta de materiais emissores de luz com eficiência energética particularmente importante, especialmente aqueles que produzem luz branca. Na última década, avanços tecnológicos em iluminação de estado sólido, o subcampo de pesquisa de semicondutores preocupado com compostos emissores de luz, levou ao uso generalizado de LEDs brancos. Contudo, a maioria desses LEDs é, na verdade, um chip de LED azul revestido com um material luminescente amarelo; a luz amarela emitida combinada com a luz azul restante produz a cor branca.
Portanto, uma maneira de reduzir o consumo de energia das luzes LED brancas modernas é encontrar semicondutores emissores de azul melhores. Infelizmente, nenhum composto emissor de azul conhecido foi simultaneamente altamente eficiente, facilmente processável, durável, amigo do ambiente, e feito de materiais abundantes - até agora.
Em um estudo recente, publicado em Materiais avançados , uma equipe de cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio, Japão, descobriu um novo haleto de cobre alcalino, Cs 5 Cu 3 Cl 6 eu 2 , que preenche todos os critérios. Ao contrário do Cs 3 Cu 2 eu 5 , outro candidato promissor emissor de azul para dispositivos futuros, o composto proposto tem dois haletos diferentes, cloreto e iodeto. Embora materiais de haletos mistos tenham sido tentados antes, Cs 5 Cu 3 Cl 6 eu 2 tem propriedades únicas que emergem especificamente do uso de íons I- e Cl-.
Acontece que Cs 5 Cu 3 Cl 6 eu 2 forma uma cadeia unidimensional em zigue-zague de duas subunidades diferentes, e os elos da cadeia são unidos exclusivamente por íons. Os cientistas também encontraram outra característica importante:sua banda de valência, que descreve os níveis de energia dos elétrons em diferentes posições da estrutura cristalina do material, é quase plano (de energia constante). Por sua vez, essa característica torna os buracos fotogerados - pseudopartículas carregadas positivamente que representam a ausência de um elétron fotoexcitado - "mais pesados". Esses orifícios tendem a ficar imobilizados devido à sua forte interação com os íons, e eles se ligam facilmente aos elétrons livres próximos para formar um pequeno sistema conhecido como exciton.
Excitons induzem distorções na estrutura cristalina. Muito parecido com o fato de que alguém teria problemas para se mover em cima de uma grande rede suspensa que é consideravelmente deformada pelo próprio peso, os excitons ficam presos no lugar por seu próprio efeito. Isso é crucial para a geração altamente eficiente de luz azul. Professor Junghwan Kim, quem liderou o estudo, explica:"Os excitons auto-aprisionados são formas localizadas de energia opticamente excitada; a eventual recombinação de seu par elétron-buraco constituinte causa fotoluminescência, a emissão de luz azul neste caso. "
Além de sua eficiência, Cs 5 Cu 3 Cl 6 eu 2 tem outras propriedades atraentes. É composto exclusivamente de materiais abundantes, tornando-o relativamente barato. Além disso, é muito mais estável no ar do que Cs 3 Cu 2 eu 5 e outros compostos de halogeneto de cobre alcalino. Os cientistas descobriram que o desempenho do Cs 5 Cu 3 Cl 6 eu 2 não se degradou quando armazenado no ar por três meses, enquanto compostos emissores de luz semelhantes tiveram pior desempenho após alguns dias. Finalmente, Cs 5 Cu 3 Cl 6 eu 2 não requer chumbo, um elemento altamente tóxico, tornando-o ecologicamente correto em geral.
O Prof. Kim concluiu, "Nossas descobertas fornecem uma nova perspectiva para o desenvolvimento de novos candidatos a haleto de cobre alcalino e demonstram que o Cs 5 Cu 3 Cl 6 eu 2 poderia ser um material promissor emissor de azul. "A luz emitida por esta equipe de cientistas levará a uma tecnologia de iluminação mais eficiente e ecológica.
