Eletrônica

Descoberta brasileira em eletrônica orgânica é capa de revista internacional

Descoberta brasileira em eletrônica orgânica é capa de revista internacional
[Imagem: Rafael F. Cossiello]

Misturando dois polímeros com propriedades diferentes, pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) aumentaram a eletroluminescência de um dispositivo orgânico emissor de luz (OLED - Organic Light Emitting Diode). A pesquisa é matéria de capa da nova edição da revista Synthetic Metals.

OLEDs

Descobertos em 1990 por dois pesquisadores norte-americanos e um japonês - que dez anos depois ganhariam o prêmio Nobel de química pelo feito - os OLEDs prometem substituir, com diversas vantagens, as telas atuais de LCD e plasma.

Como os LEDs, os OLEDs são dispositivos eletroluminescentes, que emitem luz quando expostos a uma fonte de energia elétrica. A diferença é que, em vez de serem feitos com materiais semicondutores, que são inorgânicos, os LEDs são feitos de polímeros, moléculas à base de carbono.

Polímeros eletroluminescentes

O trabalho resultou na tese de doutorado de Rafael Cossiello, orientado por Teresa Atvars, professora do Instituto de Química da Unicamp. Segundo Teresa, a base científica trazida à universidade pelo trabalho permite dizer que o grupo é capaz de trabalhar com qualquer material polimérico eletroluminescente.

"O conhecimento gerado sobre o comportamento desses materiais poderá ser retomado em outras categorias de polímeros eletroluminescentes, especialmente na área de sensores", disse a orientadora da pesquisa à Agência FAPESP

Vantagens dos OLEDs

Teresa aponta que os OLEDs têm grande vantagem em relação aos dispositivos inorgânicos - normalmente feitos de silício - utilizados em telas de diversos aparelhos eletrônicos. Como existe uma infinidade de polímeros com propriedades eletroluminescentes, mudanças na estrutura das moléculas possibilitam varrer todo o espectro de cores.

"Com os semicondutores inorgânicos essas possibilidades são muito mais limitadas. A vantagem da química orgânica é uma flexibilidade estrutural muito maior. O problema dos dispositivos poliméricos, no entanto, é que a estabilidade química não é tão boa e, portanto, a duração do dispositivo não é muito grande. Por outro lado, o brilho é muito maior", explicou.

Telas ultra-finas

Os pesquisadores têm procurado meios para estabilizar e aumentar o ciclo de utilização dos dispositivos. "Já existem protótipos de TVs nas quais as moléculas eletroluminescentes substituem o cristal líquido. Isso possibilita a criação de telas com espessura de 3 milímetros, o que seria impossível com o LCD", disse a professora do IQ da Unicamp.

Quatro vezes mais eficiente

No trabalho, os pesquisadores procuraram otimizar as propriedades do material, misturando um polímero eletroluminescente com outro sem essa propriedade. O resultado foi um aumento de quatro vezes na eficiência da eletroluminescência, com estabilidade maior do que no dispositivo sem a mistura polimérica.

"Estudamos uma série de aspectos relacionados à morfologia do material, como a distribuição do material luminescente sobre a matriz não-luminescente. Optamos por otimizar o dispositivo misturando os dois materiais e procuramos entender o processo e as razões dessa otimização, a fim de abrir caminho para o desenvolvimento tecnológico", explicou.

Manipulação química

O grupo da Unicamp utilizou o polímero orgânico eletroluminescente conhecido como MEH-PPV. O outro material foi um polímero sintetizado pelo grupo e formado por três partes.

"Uma das partes era um poliestireno - uma matriz de baixo custo utilizada, por exemplo, em copos plásticos transparentes e réguas escolares - que não forma um bom material quando misturado ao MEH-PPV. Por isso acrescentamos uma parte de acrílico e uma parte de um grupo ácido", explicou Teresa.

Sinergia

A combinação dos três blocos propiciou as características adequadas para que o material, interagindo com o MEH-PPV, aumentasse consideravelmente o rendimento do dispositivo. "A mistura criou, entre os dois materiais, interações específicas que não seriam possíveis isoladamente nem no acrílico nem no poliestireno", disse.

Segundo a professora, esse tipo de estudo requer a utilização de múltiplas técnicas. A montagem do dispositivo é feita com um material condutor sobre uma superfície de vidro. Depois a mistura de polímeros é depositada sobre o material e o eletrodo é instalado.

Pesquisa multidisciplinar

"O dispositivo que fizemos é um protótipo com área de um centímetro quadrado. Uma vez concluído, uma série de aparelhos aplicam uma corrente elétrica e um sistema de espectroscopia de emissão é utilizado para medir a intensidade da luz", disse.

A professora salientou que a instrumentação utilizada para pesquisa foi proporcionada pelas parcerias com diversos laboratórios. "Nosso grupo foi introduzido, há seis anos, no Instituto Multidisciplinar de Materiais Poliméricos (IMMP), um dos Institutos do Milênio. Isso facilitou o acesso à instrumentação necessária nessa pequisa que é altamente interdisciplinar", afirmou.

Segundo Teresa, a pesquisa também levantou novos problemas, como o de fazer um dispositivo com uma área maior. "Outro desafio é reproduzir protótipos com alta reprodutibilidade, que permitam uma rotina de fabricação", disse ela.

Bibliografia:

Electroluminescence of (styrene-co-acrylic acid) ionomer/conjugated MEH-PPV blends
Rafael F. Cossiello, Ali Cirpan, Frank E. Karasz, Leni Akcelrud, Teresa D.Z. Atvars
Synthetic Metals
Vol.: 158, Issue 6, Pages 213-258
DOI: 10.1016/j.synthmet.2008.01.011




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