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Materiais Avançados

Revestimento anti-reflexivo ultra-eficiente não reflete luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/03/2007

Revestimento anti-reflexivo ultra-eficiente não reflete luz

Armadilhas de luz

Os buracos negros há muito tempo saíram das teorias da física e já fazem parte do imaginário popular, conhecidos como objetos que possuem uma gravidade tão grande que nem mesmo a luz escapa deles. Agora, pesquisadores do Instituto Politécnico Rensselaer, Estados Unidos, criaram um material que não reflete virtualmente nenhuma luz. É um verdadeiro "buraco negro dos novos materiais."

A propriedade anti-reflexiva é conseguida por meio da aplicação de um revestimento ultra-fino, cujas características ópticas permitem um grande controle sobre as propriedades básicas da luz.

Anti-reflexo

E é justamente quando se trata de luz que o novo material anti-reflexivo deverá encontrar suas principais aplicações: LEDs mais brilhantes e células solares mais eficientes, além de uma nova geração de lâmpadas inteligentes capazes de ajustar sua luminosidade de acordo com as condições do ambiente.

O novo material tem quase o mesmo índice de refração que o ar, tornando-o ideal para a construção de revestimentos anti-reflexo. Ele é duas vezes mais eficiente do que os melhores materiais desse tipo conhecidos até hoje.

Índice refrativo

O segredo do revestimento anti-reflexivo são nanobastões de sílica - óxido de silício - depositados a um ângulo preciso de 45 graus sobre um filme de nitreto de alumínio. O nitreto de alumínio é o mesmo material com que são construídos os LEDs.

A quantidade de luz que um material reflete é determinada por uma propriedade fundamental chamada índice refrativo; outras propriedades, como a difração, a refração e a velocidade da luz no interior do material também influem em sua reflexão.

"O índice refrativo é a magnitude mais fundamental em óptica e em fotônica. Ela vem do tempo de Isaac Newton, que a chamou de densidade óptica," explica o professor Fred Schubert, chefe do laboratório onde foi criado o novo revestimento.

Anti-reflexo de amplo espectro

O material agora construído pelos pesquisadores tem um índice refrativo de 1,05, o que é incrivelmente próximo do índice refrativo do ar, o menor que se conhece. Janelas de vidro residenciais, por exemplo, têm um índice refrativo de cerca de 1,45. O problema é que praticamente não existem materiais de uso comercial e industrial com índices refrativos na faixa de 1,0 a 1,4.

E mesmo os mais avançados materiais desse tipo geralmente são anti-reflexivos apenas em estreitas faixas de comprimento de onda e apenas quando a luz está em uma posição diretamente perpendicular ao material. Já o novo revestimento de nanobastões de sílica tem propriedades anti-reflexivas para qualquer comprimento de onda da luz e para qualquer ângulo de incidência dessa luz.

Revestimento anti-reflexivo

Uma das aplicações possíveis do revestimento anti-reflexivo é na construção de células solares de alto desempenho. O material poderá aumentar enormemente a quantidade de luz que chega até a região ativa da célula solar, aumentando o seu rendimento.

Como os revestimentos anti-reflexo atuais funcionam apenas para pequenas faixas de comprimento de onda, eles não são adequados para interagir com a luz do Sol. "O Sol emite luz na faixa ultravioleta, infravermelho e visível. Para usar toda a energia fornecida pelo Sol, nós não queremos nenhuma energia refletida pela superfície da célula solar," diz Schubert.

Lâmpadas inteligentes

Os LEDs já são largamente utilizados em aparelhos eletrônicos, sinalização interna e de semáforos, iluminação do interior de automóveis e em pequenas lanternas portáteis. Mas eles não são ainda eficientes o suficiente para substituir as lâmpadas comuns.

A possibilidade que o novo revestimento anti-reflexo disponibiliza, de se controlar as propriedades reflexivas de fontes de luz, inclusive dos LEDs, poderá não apenas aumentar sua eficiência, como também criar uma nova geração de lâmpadas inteligentes.

Adaptando-se às condições do ambiente, as fontes de luz inteligentes poderão otimizar o consumo de energia e o conforto no interior de residências e edifícios. Além de permitir a alteração dos ritmos circadianos do ser humano, auxiliando na adaptação ao ritmo de trabalho ou de descanso de cada momento.

Processo industrial

Uma das maiores vantagens do novo material é que os nanobastões de sílica são aplicados por meio de uma técnica largamente utilizada na indústria de semicondutores, conhecida como evaporação de ângulo oblíquo.

E os nanobastões não precisam ser aplicados sobre nitreto de alumínio, um material semicondutor relativamente caro. Virtualmente qualquer substrato poderá receber a aplicação dos nanobastões e tornar-se anti-reflexivo.

Bibliografia:

Artigo: Optical thin-film materials with low refractive index for broadband elimination of Fresnel reflection
Autores: J.-Q. Xi, Martin F. Schubert, Jong Kyu Kim, E. Fred Schubert, Minfeng Chen, Shawn-Yu Lin, W. Liu, J. A. Smart
Revista: Nature Photonics
Data: March 2007
Vol.: Vol. 1, 176 - 179
DOI: 10.1038/nphoton.2007.26






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