A equipe de pesquisa nano liderada pelos professores Helge Weman e Bjørn-Ove Fimland no Departamento de Sistemas Eletrônicos da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) conseguiu criar diodos emissores de luz, ou LEDs, de um nanomaterial que emite luz ultravioleta.

É a primeira vez que alguém cria luz ultravioleta em uma superfície de grafeno.

"Mostramos que é possível, o que é realmente emocionante, "diz a candidata a Ph.D. Ida Marie Høiaas, que tem trabalhado no projeto com Ph.D. candidato Andreas Liudi Mulyo.

“Criamos um novo componente eletrônico que tem potencial para se tornar um produto comercial. Não é tóxico e pode acabar sendo mais barato, e mais estável e durável do que as lâmpadas fluorescentes de hoje. Se conseguirmos tornar os diodos eficientes e muito mais baratos, é fácil imaginar esse equipamento se tornando comum na casa das pessoas. Isso aumentaria consideravelmente o potencial de mercado, "Høiaas diz.

Perigoso, mas útil

Embora seja importante nos proteger de muita exposição à radiação UV do sol, a luz ultravioleta também tem propriedades muito úteis.

Isso se aplica especialmente à luz UV com comprimentos de onda curtos de 100-280 nanômetros, chamada luz UVC, que é especialmente útil por sua capacidade de destruir bactérias e vírus.

Felizmente, os perigosos raios ultravioleta do sol são capturados pela camada de ozônio e oxigênio e não alcançam a Terra. Mas é possível criar luz UVC, que pode ser usado para limpar superfícies e equipamentos hospitalares, ou para purificar a água e o ar.

O problema hoje é que muitas lâmpadas UVC contêm mercúrio. A Convenção de Minamata da ONU, que entrou em vigor em 2017, estabelece medidas para eliminar a mineração de mercúrio e reduzir o uso de mercúrio.

A convenção foi nomeada em homenagem a uma vila de pescadores japonesa onde a população foi envenenada por emissões de mercúrio de uma fábrica na década de 1950.

Com base no grafeno

Uma camada de grafeno colocada no vidro forma o substrato para o novo diodo dos pesquisadores que gera luz ultravioleta.

O grafeno é um material cristalino super forte e ultrafino que consiste em uma única camada de átomos de carbono. Os pesquisadores tiveram sucesso no crescimento de nanofios de nitreto de alumínio e gálio (AlGaN) na rede de grafeno.

O processo ocorre em uma câmara de vácuo de alta temperatura, onde átomos de alumínio e gálio são depositados ou cultivados diretamente no substrato de grafeno - com alta precisão e na presença de plasma de nitrogênio.

Este processo é conhecido como epitaxia de feixe molecular (MBE) e é conduzido no Japão, onde a equipe de pesquisa NTNU colabora com o professor Katsumi Kishino na Sophia University em Tóquio.

Que haja luz

Depois de aumentar a amostra, é transportado para o NTNU NanoLab onde os pesquisadores fazem contatos metálicos de ouro e níquel no grafeno e nanofios. Quando a energia é enviada do grafeno e através dos nanofios, eles emitem luz ultravioleta.

O grafeno é transparente para a luz de todos os comprimentos de onda, e a luz emitida pelos nanofios brilha através do grafeno e do vidro.

"É empolgante poder combinar nanomateriais desta forma e criar LEDs funcionais, diz Høiaas.

Mercado multimilionário

Uma análise calculou que o mercado de produtos UVC aumentará em NOK 6 bilhões, ou cerca de US $ 700 milhões entre agora e 2023. Espera-se que a crescente demanda por esses produtos e a eliminação progressiva do mercúrio produzam um aumento anual de mercado de quase 40%.

Simultaneamente com seu Ph.D. pesquisa na NTNU, Høiaas está trabalhando com a mesma tecnologia em uma plataforma industrial para a CrayoNano. A empresa é um desmembramento do grupo de nano pesquisa da NTNU.

Use menos eletricidade mais barato

LEDs UVC que podem substituir as lâmpadas fluorescentes já estão no mercado, mas o objetivo da CrayoNano é criar diodos muito mais eficientes em termos de energia e mais baratos.

De acordo com a empresa, um dos motivos pelos quais os LEDs UV de hoje são caros é que o substrato é feito de nitreto de alumínio caro. O grafeno é mais barato de fabricar e requer menos material para o diodo LED.

Mais desenvolvimento necessário

Høiaas acredita que muitas melhorias são necessárias antes que o processo desenvolvido na NTNU possa ser escalado para o nível de produção industrial. As atualizações necessárias incluem condutividade e eficiência energética, estruturas de nanofios mais avançadas e comprimentos de onda mais curtos para criar luz UVC.

CrayoNano progrediu ainda mais, mas seus resultados ainda não foram publicados.

"O objetivo da CrayoNano é comercializar a tecnologia em 2022, "diz Høiaas.