QLEDs de casca de arroz

Pesquisadores japoneses construíram um dos tipos mais avançados de LED – um LED de pontos quânticos, ou QLED – usando apenas materiais obtidos a partir das cascas de arroz e compostos químicos orgânicos.

Como os pontos quânticos típicos geralmente envolvem material tóxico, como cádmio, chumbo ou outros metais pesados, as preocupações ambientais têm sido frequentemente ponderadas ao usar esses nanomateriais.

Nosso processo e método de fabricação para pontos quânticos minimizam essas preocupações,” disse Ken-ichi Saitow, da Universidade de Hiroshima.

O que é QLED?

A sigla QLED significa Quantum Dot Light-Emitting Diode (diodo emissor de luz com pontos quânticos), o que pode parecer uma tecnologia completamente diferente dos painéis de LED ou LCD, mas na verdade tem até algumas semelhanças com o padrão mais antigo.

A diferença básica é que, nas TVs de LED, os diodos emitem a luz por trás de um display de cristal líquido (LCD), de modo que o display ajusta quanto da luz deve atravessar o painel. Isso permite o controle do nível de cor, brilho e contraste, formando as imagens que devem ser exibidas na tela.

Já nas TVs QLED existe um composto formado por pontos quânticos, que têm basicamente a mesma funcionalidade dos LEDs de uma TV LCD convencional, mas que conseguem apresentar cores mais vivas e intensas, além de um brilho mais alto. Os painéis QLED são divididos em zonas de acionamento e contam com nanocristais que transmitem a luz emitida pelo sistema LED.

O que Saitow descobriu é que essas cascas de arroz são uma excelente fonte de dióxido de silício de alta pureza (SiO2), mais conhecido como sílica, e de pó de silício de alto valor agregado.

Ele então usou essa matéria-prima nobre para produzir silício poroso, um material com usos em baterias de íons de lítio, materiais luminescentes, sensores biomédicos e até sistemas de entrega de medicamentos dentro do corpo humano.

Uma de suas muitas qualidades é que o silício poroso tem propriedades de fotoluminescência, decorrentes de suas estruturas de pontos microscópicos que funcionam como semicondutores, os tais pontos quânticos, responsáveis pela luz emitida pelos LEDs nas TVs mais modernas e por várias outras tecnologias na área da fotônica e da computação quântica.

A equipe usou uma combinação de moagem, tratamentos térmicos e gravação química para processar a sílica da casca de arroz.

Primeiro, eles moeram as cascas de arroz e extraíram pó de sílica (SiO2) queimando os compostos orgânicos das cascas de arroz moídas.

Em segundo lugar, eles aqueceram o pó de sílica resultante em um forno elétrico para obter pó de silício por meio de uma reação de redução.

Terceiro, o pó de silício purificado foi reduzido a partículas de 3 nanômetros de diâmetro por ataque químico.

Finalmente, a superfície das partículas foi quimicamente funcionalizada para alcançar uma alta estabilidade química e alta dispersividade em solvente, com as partículas cristalinas de 3 nm ficando então prontas para funcionar como fontes luminescentes na faixa laranja-vermelho, com uma alta eficiência de luminescência, superior a 20%.

Os QLEDs, resultado final do experimento da Universidade de Hiroshima, são muito utilizados na fabricação de TVs modernas. Recentemente, a TCL anunciou sua linha ‘C Series’ para vendas em 2022, da qual dois modelos usufruem da tecnologia de pontos quânticos e contam com recursos de topo.