O óxido de zinco sem terras raras alcança um feito inédito na conversão de tensão em luz
A dopagem com sódio e os defeitos controlados na rede cristalina geram mecanoluminescência a pressões tão baixas quanto alguns kilopascais
Anúncios
Os materiais mecanoluminescentes convertem energia mecânica, como tensão, deformação e vibração, diretamente em luz, tornando-os atraentes como sensores autoalimentados que não requerem pilhas nem cablagem. Desde sensores biomédicos a sensores de monitorização de infraestruturas autoalimentados, os materiais mecanoluminescentes têm uma vasta gama de aplicações potenciais. No entanto, os materiais mecanoluminescentes de alto desempenho têm tradicionalmente dependido de materiais de terras raras, dispendiosos, ou de composições materiais complexas.
Agora, uma equipa de investigação liderada pela Universidade de Tohoku, em colaboração com a Universidade de Tsukuba e a Universidade de Saga, desenvolveu um material de óxido de zinco (ZnO) que exibe uma mecanoluminescência forte e altamente sensível sem utilizar quaisquer elementos de terras raras.
O material recém-desenvolvido combina alta sensibilidade com baixo custo, utilizando óxido de zinco, um material abundante na Terra já presente em produtos como protetores solares, cosméticos e pomadas.
Os investigadores alcançaram este desempenho adicionando uma pequena quantidade de sódio ao óxido de zinco e controlando cuidadosamente os defeitos estruturais do material. Segundo a equipa, esta é a primeira demonstração de mecanoluminescência forte e altamente sensível em óxido de zinco sem a utilização de quaisquer elementos de terras raras.
Para compreender por que razão o material tem um desempenho tão bom, a equipa utilizou microscopia eletrónica avançada e modelação computacional. A microscopia revelou que as partículas possuem uma estrutura superficial distinta, semelhante a uma cratera, que pode converter eficientemente a força externa em tensão interna. Entretanto, cálculos de primeiros princípios realizados utilizando o supercomputador MASAMUNE-II — cujo nome é uma homenagem ao fundador de Sendai, Masamune Date — mostraram que quantidades vestigiais de sódio criam defeitos estruturais estáveis capazes de armazenar temporariamente carga elétrica.
Os cálculos revelaram também que as lacunas de zinco são responsáveis pela emissão de infravermelho próximo do material. Em conjunto, estes defeitos estruturais permitem que o material emita luz brilhante sob uma pressão de apenas alguns kilopascais — aproximadamente a pressão produzida por um leve toque com a ponta do dedo.
Esta elevada sensibilidade abre as portas a uma variedade de aplicações práticas. Como a luz emitida se situa na região do infravermelho próximo, que consegue penetrar relativamente bem no tecido biológico, o material poderá ser utilizado em futuros sensores médicos que funcionem sem fontes de energia internas. Tais dispositivos poderão potencialmente ser ativados a partir do exterior do corpo utilizando vibrações fracas, como o ultrassom.
O material também poderia apoiar a monitorização de infraestruturas. Quando aplicado a pontes, edifícios ou pás de turbinas eólicas, pode permitir que pequenas deformações e sinais precoces de deterioração sejam visualizados como luz. Isto poderia permitir sistemas de monitorização remota que funcionam sem cablagem ou fontes de alimentação dedicadas.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Outras notícias do departamento ciência
