Lâmpadas de nanoantenas poderão desbancar LEDs

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/12/2022

Além de suas múltiplas aplicações, as nanoantenas ajustam o padrão da fotoluminescência para lâmpadas de estado sólido menores, mais leves e mais brilhantes.
[Imagem: KyotoU/Shunsuke Murai]

Nanoantenas

Nem bem começamos a migrar das lâmpadas fluorescentes compactas para os LEDs, e a próxima estação de parada para uma iluminação mais ambientalmente correta e mais energeticamente eficiente já está à vista.

Os LEDs brevemente poderão ser destronados por uma alternativa com um senso de direção muito melhor, as nanoantenas.

Embora pouco conhecidas do público, as nanoantenas representam um campo ativo de pesquisas há vários anos, já tendo mostrado potenciais que vão de levar a tecnologia do rádio para a luz e amplificar a luz até detectar de tudo, de vírus a explosivos - enfim, expandindo largamente as possibilidades de inovações ópticas, a ponto de hoje já se falar em um novo campo de pesquisas, chamado "meta-óptica".

Essa tecnologia de controle óptico de última geração está presente na forma dos meta-átomos dos metamateriais, aqueles mesmos dos mantos de invisibilidade, embora individualmente seja mais conhecida entre os especialistas como cristal fotônico - o que é um sinônimo de nanoantena, uma antena em escala nanométrica (10^-9 metro).

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Lâmpadas de nanoantenas

Tipicamente, uma nanoantena é uma estrutura bidimensional na qual partículas de tamanho nanométrico são organizadas de modo regular sobre um material que serve como base. O que há de mais especial nessas nanoantenas é que elas capturam e re-emitem uma ampla gama do espectro eletromagnético, incluindo a luz visível. Por exemplo, quando uma luz incide sobre a combinação de uma nanoantena com uma placa de fósforo, o conjunto re-emite uma mistura ideal de luz azul e amarela, ideal para iluminação.

Mas havia um problema para usar as nanoantenas em iluminação: Os fósforos amarelos irradiam em todas as direções, resultando em uma mistura indesejada de cores. Nanoantenas de alumínio metálico pareciam resolver o problema, já que as nanopartículas de alumínio dispersam efetivamente a luz e melhoram a intensidade e a direcionalidade da luz. No entanto, o alumínio também absorve a luz, reduzindo a potência de saída.

Agora, Shunsuke Murai e colegas da Universidade de Quioto, no Japão, encontraram um substituto para o alumínio que aumenta em 10 vezes a fotoluminescência direcionada para a frente da lâmpada.

"Acontece que o dióxido de titânio é a melhor escolha por seu alto índice de refração e baixa absorção de luz," disse Murai.

Embora a intensidade de dispersão da luz do óxido de titânio inicialmente parecesse inferior à do alumínio metálico, a equipe usou simulações de computador para criar o design ideal da nanoantena.

"Os novos fósforos de nanoantena são vantajosos para iluminação de estado sólido intensamente brilhante, mas com economia de energia, porque podem suprimir o aumento de temperatura quando irradiados.

"Durante o processo de encontrar as dimensões ideais, ficamos surpresos ao descobrir que os fósforos mais finos fornecem a fotoluminescência mais brilhante, demonstrando como aumentar a intensidade da radiação direta e o desempenho geral," explicou Murai.

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