Nano-LEDs: nanofios deitados geram luz

os nanofios geraram estruturas secundárias, parecidas com uma espinha de peixe, na qual a porção de óxido de zinco é rica em elétrons, enquanto a porção de nitreto de gálio tem falta de elétrons.

Ao tentar melhorar o processo de fabricação de nanofios, químicos norte-americanos esbarraram em um achado surpreendente, que cria uma nova categoria de LEDs.
O simples fato de fabricar os nanofios horizontalmente permite que eles produzam luz similar à dos LEDs atuais.



Nanofios de zinco
A descoberta desses "nano-LEDs", feita por acaso por pesquisadores do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST), representa uma nova ferramenta para o desenvolvimento dos biochips, dispositivos microfluídicos e nanogeradores.
Os nanofios de zinco estão na base da construção de nanogeradores, roupas que geram energia e até da recentíssima piezoeletrônica, tudo graças à sua capacidade de gerar energia quando tensionados - o efeito piezoelétrico.
Eles são "cultivados" depositando-se controladamente as moléculas de óxido de zinco, por um processo chamado deposição de vapor químico, em que essas moléculas, inicialmente na forma de um gás, depositam-se sobre um substrato.
Essa deposição faz com que os nanofios cresçam verticalmente, como as cerdas de uma escova, formando uma floresta de nanofios. Como eles tocam o substrato apenas em um ponto, normalmente eles não compartilham qualquer característica com esse substrato.



Nanofios deitados
Babak Nikoobakht e Andrew Herzing desenvolveram uma nova técnica "dirigida pela superfície", que permite que os nanofios cresçam horizontalmente ao longo de um substrato, usando ouro como catalisador.
O ouro depositado sobre o substrato é aquecido a 900 graus Celsius, o que converte o material em nanopartículas que servem tanto como local de crescimento para os nanofios quanto como um meio para a cristalização das moléculas de óxido de zinco.
Conforme os nanocristais de óxido de zinco começam a crescer, rumo à formação de um nanofio, eles empurram a nanopartícula de ouro ao longo da superfície do substrato, criando um nanofio deitado sobre o substrato.
Como o nanofio está em contato total com o substrato - neste caso o nitreto de gálio -, ele é fortemente influenciado pelas propriedades do material de sustentação.



Nano-LEDs
Ao aumentar o tamanho das nanopartículas de ouro de 8 para 20 nanômetros, os nanofios geraram estruturas secundárias, parecidas com uma espinha de peixe, na qual a porção de óxido de zinco é rica em elétrons, enquanto a porção de nitreto de gálio tem falta de elétrons.
Quando a estrutura é carregada com eletricidade, a interface entre os dois materiais - conhecida como heterojunção p-n - permite que os elétrons fluam de um lado para outro.
O movimento dos elétrons produz luz, o que levou os cientistas a batizarem a estrutura de nano-LED.
Nikoobakht e Herzing agora querem melhorar a eficiência dos nano-LEDs, usando geometrias mais precisas e outros materiais que possam se mostrar mais eficazes.
O principal objetivo é criar fontes de luz pequenas o suficiente para serem inseridas no interior de biochips, onde a luz é essencial para a análise de compostos químicos.

Folhas luminosas de fibras ópticas superam deficiência dos LEDs

No primeiro plano, a folha de fibras ópticas, composta por minúsculas estruturas feitas com fios de níquel. Ao fundo, à esquerda, a folha "acesa".

Pontos de luz
Os LEDs têm inúmeras vantagens: eles são miniaturizáveis, consomem pouca energia, são inteiramente de estado sólido e emitem luz nos mais diversos comprimentos de onda, incluindo as cores visíveis, o infravermelho e muito mais.
Sua única desvantagem parece ser a mais óbvia: eles são pontos de luz. Para fazer telas e monitores mais brilhantes e com resolução cada vez maior, o que menos se pode querer são interrupções na luz emitida.
E pontos de luz discretos sempre deixam rastros gerados pelos intervalos entre os diversos pontos, levando a uma queda na eficiência e na qualidade dos produtos finais.



Película de fibra óptica
Assim, como distribuir a luz gerada pelos LEDs ao longo de uma superfície bidimensional, grande o suficiente para atender à fome por polegadas adicionais das TVs mais modernas, e sem perdas?
A solução pode estar em uma película de fibra óptica, capaz de distribuir a luz bidimensionalmente de forma perfeita para todos os efeitos práticos.
Os primeiros protótipos, com resultados promissores, estão sendo fabricados e testados por engenheiros do Instituto Fraunhofer, na Alemanha.
A película, ou filme, possui estruturas superficiais com dimensões na faixa dos micrômetros, e os engenheiros já conseguiram fabricá-las com até dois metros de comprimento por um metro de largura.
"É um processo ultrapreciso," conta o Dr. Christian Wenzel, coordenador da equipe que está desenvolvendo o equipamento necessário para fabricar os filmes emissores de luz.



Iluminação plana
Partindo de um substrato flexível, ferramentas especiais de diamante são utilizadas para aplicar as minúsculas estruturas micrométricas e criar uma estampa que brilha por igual em toda a superfície.
O processo funciona de forma parecida com uma impressora matricial, que gera as letras pressionando pequenas agulhas sobre uma fita, passando a tinta da fita para o papel. As minúsculas agulhas, neste caso, aplicam as estruturas de fios de níquel, tão finas quanto um fio de teia de aranha, sobre o substrato.
O equipamento já é capaz de produzir folhas luminosas para backlighting de grandes telas e monitores, bem como para diversas outras aplicações, como a iluminação de interiores de residências ou de automóveis.
O próximo passo da pesquisa é aprimorar as máquinas necessárias para a fabricação das folhas luminosas. Hoje, uma folha de 2 x 1 metro leva alguns dias para ficar pronta.