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Uma equipe de pesquisa do NIMS desenvolveu com sucesso um material fluorescente microesférico ecologicamente correto, feito principalmente de ácido cítrico. Essas microesferas emitem várias cores de luz dependendo da luz de iluminação e do tamanho das esferas, o que sugere uma ampla gama de aplicações. Além disso, o uso de materiais derivados de plantas permite uma síntese de baixo custo e eficiência energética.
Dispositivos luminescentes convencionais comumente utilizam filmes finos de semicondutores compostos contendo metais ou materiais inorgânicos sinterizados com elementos de terras raras. No entanto, em uma economia circular, há uma demanda por materiais fluorescentes/luminescentes que não usam elementos de terras raras, que têm cadeias de suprimentos instáveis ou elementos metálicos com impacto ambiental significativo. As microesferas que desenvolvemos visam fornecer materiais fluorescentes de baixo impacto ambiental usando materiais abundantes e facilmente obtidos de origem vegetal como ingredientes principais.
A equipe de pesquisa, liderada pelo Nano-Photonics Group no Research Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), desenvolveu materiais luminescentes do tipo microesferas sintetizados pelo aquecimento de ácido cítrico e poliaminoácidos, que são usados em refrigerantes e aditivos alimentares. Essas esferas utilizam a fluorescência de nanoestruturas semelhantes a fuligem ou grafite dentro dos poliaminoácidos agregados e desnaturados pelo calor para emitir luz vermelha, azul e amarela, bem como luz infravermelha próxima invisível a olho nu. Ao alavancar o efeito de confinamento de luz das microesferas, eles demonstraram que uma única esfera pode emitir várias cores de luz (diferentes comprimentos de onda de luz).
Além de emitir várias cores de luz, o comprimento de onda de fluorescência e a distribuição de intensidade de luz (espectro de fluorescência) dessas microesferas variam significativamente de acordo com seu formato e tamanho. Esses espectros de fluorescência exclusivos para cada esfera podem ser usados como etiquetas de autenticação ou códigos de barras. Essa capacidade permite identificar esferas individuais usando luz, levando a aplicações como tintas que mudam de cor, tintas anti-falsificação e sondas fluorescentes que podem identificar e rastrear esferas individuais em sistemas biológicos.
Esta pesquisa foi conduzida por uma equipe composta por Tadaaki Nagao, Líder do Grupo de Nanoengenharia Fotônica no MANA, Pesquisador de Pós-doutorado do NIMS Barun Kumar Barman (anteriormente um bolsista de pós-doutorado do JSPS), Bolsista de Pesquisa do JSPS Hiroyuki Yamada, Pesquisador Keisuke Watanabe, Atsushi Goto, Líder do Grupo de RMN de Estado Sólido no Centro de Pesquisa Básica em Materiais, Pesquisador Principal Kenjiro Hashi, Engenheiro Principal Shinobu Ohki e Engenheiro Kenzo Deguchi da Unidade de Caracterização de Alto Campo Magnético da Divisão de Serviços de Rede e Instalações de Pesquisa do NIMS. Esta pesquisa foi apoiada por uma bolsa da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (JSPS).
Os resultados desta pesquisa foram publicados na edição online de 13 de junho de 2024 do periódico Ciência Avançada.
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