Computadores descobrem novo material barato para fabricar LEDs

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Sob luz ultravioleta, o fósforo SLAO (estrôncio, lítio, alumínio e oxigênio) emite luz verde-amarelada ou azul, dependendo do ativador químico que for misturado a ele. [Imagem: Zhenbin Wang - 10.1016/j.joule.2018.01.015]

Descoberta computacional

Uma equipe da Universidade da Califórnia em San Diego usou ferramentas de mineração de dados e simulações computacionais para descobrir um novo material para LEDs brancos que é mais barato e mais fácil de fabricar do que os atualmente usados.

De posse dos dados teóricos, eles sintetizaram os compostos e construíram protótipos de LEDs brancos usando o novo material, constatando que suas lâmpadas de estado sólido apresentam melhor qualidade de cor do que muitos LEDs comerciais atualmente no mercado.

Os novos LEDs foram avaliados usando o Índice de Renderização de Cor (CRI, na sigla em inglês), uma escala que classifica de 0 a 100 a precisão com que as cores aparecem sob uma fonte de luz. Muitos LEDs comerciais têm valores CRI por volta de 80. Os LEDs fabricados com o novo material apresentaram valores CRI acima de 90.

Fósforos

O novo material pertence à classe dos fósforos, que são substâncias que emitem luz e um dos principais ingredientes para fabricar LEDs brancos - o nome é uma referência ao elemento fósforo, mas essas substâncias não necessariamente contêm esse elemento. São pós cristalinos que absorvem energia da luz azul ou UV-próxima e emitem luz no espectro visível. A combinação das luzes coloridas cria a luz branca.

Ocorre que os fósforos utilizados em muitos LED brancos comerciais têm várias desvantagens. Muitos são feitos de elementos de terras raras, que são caros, e alguns são difíceis de fabricar, encarecendo o processo industrial. A qualidade de cor também nem sempre é a esperada.

Zhenbin Wang e seus colegas começaram compilando uma lista dos elementos que ocorrem mais frequentemente nos materiais de fósforo conhecidos. Para sua surpresa, eles constataram que não há fósforos conhecidos contendo uma combinação de estrôncio, lítio, alumínio e oxigênio, que são quatro elementos comuns na classe dos fósforos, todos muito baratos em comparação com os elementos de terras raras e muito fáceis de processar.

Foi então uma questão de colocar os chamados dados de primeiros princípios no computador e testar cada combinação possível para prever se alguma delas funcionaria bem como um fósforo. Dos 918 candidatos, o melhor deles mostrou-se estável, com excelentes propriedades de fotoluminescência, o que lhe valeu o nome de SLAO, sigla formada pela primeira letra em inglês dos quatro elementos.

Novos materiais descobertos por computador

Graças à abordagem computacional, a descoberta do fósforo levou apenas três meses - um período de tempo curto em comparação com os anos de experimentos de tentativa e erro que normalmente se leva para descobrir um novo material.

"Os cálculos são rápidos, escaláveis e baratos. Usando computadores, podemos analisar rapidamente milhares de materiais e prever candidatos para novos materiais que ainda não foram descobertos," disse o professor Shyue Ping Ong.

Bibliografia:

Mining Unexplored Chemistries for Phosphors for High-Color-Quality White-Light-Emitting Diodes
Zhenbin Wang, Jungmin Ha, Yoon Hwa Kim, Won Bin Im, Janna McKittrick, Shyue Ping Ong
Joule
DOI: 10.1016/j.joule.2018.01.015