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Materiais Avançados

Trocando os caros materiais da eletrônica por elementos baratos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/08/2019

Elementos baratos poderão substituir elementos raros na eletrônica
O comportamento optoeletrônico desses materiais de baixo custo pode ser ajustado durante sua fabricação.
[Imagem: 10.1103/PhysRevLett.122.256403]

Elementos raros na eletrônica

Pesquisadores desenvolveram uma maneira de fazer materiais para eletrônica, LEDs e células solares a partir de elementos químicos mais abundantes e mais baratos do que os utilizados hoje pela indústria.

Os novos compostos também podem ser "sintonizados" para captar eficientemente a energia de diferentes comprimentos de onda da luz no espectro solar e produzir a gama de cores mais agradável ao olho humano na iluminação artificial.

Hoje, os componentes optoeletrônicos nos painéis solares de película fina, no celular e nos LEDs são feitos usando alguns dos elementos mais raros e mais caros encontrados no planeta.

"Na verdade, corremos o risco de ficar sem alguns desses elementos, porque eles não são fáceis de reciclar e têm uma oferta limitada. Não é viável para a tecnologia confiar em algo que provavelmente acabará em uma escala de 10 a 20 anos," disse o professor Roy Clarke, da Universidade de Michigan, nos EUA.

Fabricando materiais optoeletrônicos

Se você se lembrar de suas aulas de química, cada coluna da Tabela Periódica é considerada um grupo de elementos. Por exemplo, o grupo III inclui elementos como índio e gálio - ambos elementos relativamente escassos que, no entanto, atualmente são a base de quase todas as aplicações combinando luz e eletricidade.

A equipe encontrou uma maneira de combinar dois elementos comuns, zinco e magnésio, para fazer um novo composto com propriedades optoeletrônicas a partir de elementos dos grupos II, IV e V. Este composto II-IV-V pode substituir os elementos raros tipicamente encontrados nos materiais optoeletrônicos III-V.

Embora já existam avanços no desenvolvimento de uma eletrônica de componente único, atualmente somente tipos específicos desses compostos - uma combinação de dois ou mais elementos III-V - podem ser usados para fabricar componentes eletrônicos que emitem luz - LEDs - ou que coletam eletricidade - células solares.

Eletrônica com materiais baratos

O novo composto - feito de zinco, estanho e nitrogênio (ZnSnN2) - consegue tanto coletar quanto emitir luz, o que significa que ele pode potencialmente ser usado para fabricar os componentes dos painéis solares de película fina, das lâmpadas de LED, telas de celulares e telas de televisão.

Se o zinco for trocado por magnésio (MgSnN2), o material fica ainda melhor para lidar com luzes azul e ultravioleta. Ambos os compostos também são "ajustáveis" - isto é, quando os pesquisadores cultivam cristais de um dos compostos, podem ordenar os elementos de tal forma que o material seja sensível a comprimentos de onda específicos da luz.

Essa possibilidade de ajuste é desejada porque permite ajustar o material para responder à maior variedade de comprimentos de onda da luz, seja captando uma gama mais ampla da luz solar, seja emitindo luz de cores mais agradáveis aos olhos humanos.

A próxima fase da pesquisa, antes da construção de protótipos de componentes totalmente funcionais, consistirá no estudo detalhado da resposta eletrônica dessa nova família de materiais e testes de várias arquiteturas em nanoescala que sejam adequadas para explorar suas propriedades.

Bibliografia:

Artigo: Alloy-Free Band Gap Tuning across the Visible Spectrum
Autores: Robert A. Makin, Krystal York, Steven M. Durbin, Nancy Senabulya, James Mathis, Roy Clarke, Nathaniel Feldberg, Patrice Miska, Christina M. Jones, Zihao Deng, Logan Williams, Emmanouil Kioupakis, Roger J. Reeves
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 122, 256403
DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.256403






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