p (Phys.org) - Com a idade da lâmpada incandescente desaparecendo rapidamente, o santo graal da indústria de iluminação é desenvolver uma forma altamente eficiente de iluminação de estado sólido que produza luz branca de alta qualidade. p Uma das poucas tecnologias alternativas que produzem luz branca pura são os pontos quânticos de luz branca. Essas são contas fluorescentes ultrapequenas de seleneto de cádmio que podem converter a luz azul produzida por um LED em uma luz branca quente com um espectro semelhante ao da luz incandescente. (Por contraste, tubos fluorescentes compactos e a maioria dos LEDs de luz branca emitem uma combinação de cores monocromáticas que simulam a luz branca).

p Sete anos atrás, quando pontos quânticos de luz branca foram descobertos acidentalmente em um laboratório de química de Vanderbilt, sua eficiência era muito baixa para aplicações comerciais e vários especialistas previram que seria impossível elevá-la a níveis práticos. Hoje, Contudo, Os pesquisadores da Vanderbilt provaram que essas previsões estavam erradas, relatando que eles aumentaram com sucesso a eficiência fluorescente desses nanocristais de um nível original de três por cento para até 45 por cento.

p Potenciais aplicações comerciais

p "Quarenta e cinco por cento é tão alto quanto a eficiência de alguns fósforos comerciais, o que sugere que os pontos quânticos de luz branca agora podem ser usados ​​em algumas aplicações especiais de iluminação, "disse Sandra Rosenthal, a Cátedra de Química Jack e Pamela Egan, que dirigiu a pesquisa que é descrita online no Jornal da American Chemical Society . "O fato de termos aumentado com sucesso sua eficiência em mais de 10 vezes também significa que deve ser possível melhorar sua eficiência ainda mais."

p A medida geral para a eficiência geral dos dispositivos de iluminação é chamada de eficiência luminosa e mede a quantidade de luz visível (lúmens) que um dispositivo produz por watt. Uma lâmpada incandescente produz cerca de 15 lumens / watt, enquanto as lâmpadas fluorescentes emitem cerca de 100 lumens / watt. Os LEDs de luz branca atualmente no mercado variam de 28 a 93 lumens / watt.

p "Calculamos que, se você combinar nossos pontos quânticos aprimorados com o LED ultravioleta mais eficiente, o dispositivo híbrido teria uma eficiência luminosa de cerca de 40 lumens / watt, "relatou James McBride, professor assistente de pesquisa de química que esteve envolvido na pesquisa desde o seu início. "Há muito espaço para melhorar a eficiência dos LEDs UV e as melhorias se traduziriam diretamente em uma maior eficiência do híbrido."

p Uma descoberta acidental

p Os pontos quânticos foram descobertos em 1980. Eles são contas de material semicondutor - a matéria com a qual os transistores são feitos - que são tão pequenos que têm propriedades eletrônicas únicas, intermediário entre aqueles de semicondutores em massa e moléculas individuais. Uma de suas propriedades úteis é a fluorescência, que produz cores distintas determinadas pelo tamanho das partículas. À medida que o tamanho do nanocristal diminui, a luz que ele emite muda do vermelho para o azul. A descoberta de Vanderbilt foi que os pontos quânticos ultrapequenos, contendo apenas 60 a 70 átomos, emite luz branca em vez de luz monocromática.

p "Esses pontos quânticos são tão pequenos que quase todos os átomos estão na superfície, então a emissão de luz branca é intrinsecamente um fenômeno de superfície, "disse Rosenthal.

p Um dos primeiros métodos usados ​​por vários grupos na tentativa de iluminar os nanocristais foi "concha" - fazer crescer uma concha em torno deles feita de um material diferente, como sulfeto de zinco. Infelizmente, as conchas extinguiram o efeito de luz branca e os pontos quânticos em concha produziram apenas luz colorida.

p Químicos seguiram seus narizes

p Seguindo o exemplo de algumas pesquisas feitas na Universidade da Carolina do Norte, os pesquisadores decidiram ver se o tratamento dos pontos quânticos com sais metálicos teria um efeito de clareamento. Eles notaram que alguns dos sais pareciam produzir uma pequena melhoria - 10 a 20 por cento - mas perceptível.

p "Eles eram sais de acetato e cheiravam um pouco a ácido acético, "disse McBride." Nós sabíamos que o ácido acético se liga aos pontos quânticos, então decidimos tentar. "

p A decisão de seguir seu nariz foi uma sorte. O tratamento com ácido acético aumentou a eficiência fluorescente dos pontos quânticos de 8% para 20%!

p O ácido acético é um membro da família do ácido carbocíclico. Então, os pesquisadores tentaram os outros membros da família. Eles descobriram que o membro mais simples e ácido - o ácido fórmico, o produto químico que as formigas usam para marcar seus caminhos - funcionou melhor, elevando a eficiência para até 45%.

p O aumento de brilho teve um efeito colateral inesperado. Ele mudou o pico do espectro de cores dos pontos quânticos ligeiramente para o azul. Isso é irônico porque a principal reclamação dos LEDs de luz branca é que a luz que eles produzem tem um tom azul desagradável. Contudo, os pesquisadores afirmam que sabem como corrigir o equilíbrio de cores da luz ampliada.

p O próximo passo dos pesquisadores é testar diferentes métodos para encapsular os pontos quânticos aprimorados.