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Um grupo de cientistas e engenheiros que inclui pesquisadores da Universidade do Texas em Austin criaram uma nova classe de materiais que podem absorver luz de baixa energia e transformá-la em luz de alta energia. O novo material é composto de nanopartículas de silício ultrapequenas e moléculas orgânicas intimamente relacionadas às utilizadas em TVs OLED. Este novo composto move eficientemente elétrons entre seus componentes orgânicos e inorgânicos, com aplicações para painéis solares mais eficientes, imagens médicas mais precisas e melhores óculos de visão noturna.
O material é descrito em um novo artigo na Química da Natureza.
“Este processo nos dá uma maneira totalmente nova de projetar materiais”, disse Sean Roberts, professor associado de química na UT Austin. “Ele nos permite pegar duas substâncias extremamente diferentes, silício e moléculas orgânicas, e ligá-las com força suficiente para criar não apenas uma mistura, mas um material híbrido totalmente novo com propriedades completamente distintas de cada um dos dois componentes”.
Compósitos são compostos de dois ou mais componentes que adotam propriedades únicas quando combinados. Por exemplo, compósitos de fibras de carbono e resinas são usados como materiais leves para asas de avião, carros de corrida e muitos produtos esportivos. No artigo de coautoria de Roberts, os componentes inorgânicos e orgânicos são combinados para mostrar uma interação única com a luz.
Entre essas propriedades está a capacidade de transformar fótons de comprimento de onda longo – o tipo encontrado na luz vermelha, que tende a viajar bem através de tecidos, névoa e líquidos – em fótons azuis ou ultravioleta de comprimento de onda curto, que são o tipo que geralmente faz os sensores funcionam ou produzem uma ampla gama de reações químicas. Isso significa que o material pode ser útil em novas tecnologias tão diversas quanto bioimagem, impressão 3D baseada em luz e sensores de luz que podem ser usados para ajudar carros autônomos a atravessar o nevoeiro.
“Este conceito pode ser capaz de criar sistemas que podem ver no infravermelho próximo”, disse Roberts. “Isso pode ser útil para veículos autônomos, sensores e sistemas de visão noturna”.
Pegar luz de baixa energia e aumentar a energia também pode potencialmente ajudar a aumentar a eficiência das células solares, permitindo que elas capturem luz infravermelha próxima que normalmente passaria por elas. Quando a tecnologia é otimizada, a captura de luz de baixa energia pode reduzir o tamanho dos painéis solares em 30%.
Membros da equipe de pesquisa, que inclui cientistas da University of California Riverside, University of Colorado Boulder e University of Utah, trabalham na conversão de luz desse tipo há vários anos. Em um artigo anterior, eles descreveram com sucesso a conexão do antraceno, uma molécula orgânica que pode emitir luz azul, com o silício, um material usado em painéis solares e em muitos semicondutores. Buscando ampliar a interação entre esses materiais, a equipe desenvolveu um novo método para forjar pontes eletricamente condutoras entre antraceno e nanocristais de silício. A forte ligação química resultante aumenta a velocidade com que as duas moléculas podem trocar energia, quase dobrando a eficiência na conversão de luz de baixa energia em luz de alta energia, em comparação com a descoberta anterior da equipe.
A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, The Welch Foundation, WM Keck Foundation e Air Force Office of Scientific Research.
Kefu Wang e Ming Lee Tang da University of Utah, R. Peyton Cline e Joel D. Eaves da University of Colorado Boulder, Joseph Schwan e Lorenzo Mangolini da University of California Riverside e Jacob M. Strain da UT Austin também contribuíram extensivamente para a pesquisa .
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