Pequenos notáveis, nanomateriais luminescentes têm aplicação ampliada

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Ipen e Instituto de Química da USP são parceiros nas pesquisas sobre os materiais

Uma das aplicações cotidianas mais conhecidas dos materiais com luminescência está na sinalização de rodovias e acessos de segurança. As propriedades de conversão de alguns tipos de energia em luz também são bastante utilizadas em exames médicos, na produção de equipamentos eletrônicos, e na conservação de alimentos etc.

Em busca de novas formas de aproveitar o fenômeno, pesquisadores do Laboratório de Química Supramolecular e Nanotecnologia estudam o desenvolvimento de materiais luminescentes em escala nanométrica, ou seja, na ordem de milionésimos de milímetros. O Laboratório pertence ao Centro de Química e Meio Ambiente do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen), autarquia estadual associada à USP, e trabalha em parceria com o Laboratório de Elementos do bloco-f do Instituto de Química (IQ) da USP.

Segundo o químico Everton Bonturim, os nanomateriais luminescentes apresentam propriedades muito específicas e pouco comuns nos materiais de maior proporção, trazendo, por isso, novas possibilidades. Atualmente, ele estuda o tema no seu doutorado em Tecnologia Nuclear, linha de pesquisa oferecida pelo Ipen sob orientação da professora Maria Cláudia F.C. Felinto.

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Materiais com luminescência persistente emitem luz por um tempo mesmo depois cessada a excitação por luz

Os novos materiais desenvolvidos no trabalho de Bonturim apresentam a chamada luminescência persistente. “Trata-se de um fenômeno no qual um material emite luz por um período de tempo que pode variar de minutos a várias horas depois de cessada a excitação (por ultravioleta, luz do dia etc.)”, explica o pesquisador. Nesse tipo de luminescência, a energia é liberada quando há ganho de energia térmica.

Marcadores luminescentes

O que Bonturim vem procurando em seus estudos é desvendar novas propriedades dos sistemas luminescentes em escala nano. Esses sistemas, de uma maneira geral, são baseados em terras raras – nome dado a um grupo de elementos químicos com características que os tornam muito interessantes à indústria da tecnologia de ponta. São, ao todo, 17 elementos químicos que, ao integrar a composição de materiais aplicados na fabricação de lâmpadas, baterias e telas de celulares, são capazes de melhorar seu desempenho.

O Laboratório de Química Supramolecular e Nanotecnologia do Ipen trabalha com materiais à base de terras raras, principalmente com os íons de térbio (Tb), európio (Eu), e túlio (Tm), que quando submetidos à radiação ultravioleta, emitem luz visível nas cores verde, azul e vermelho, respectivamente. “Todos esses íons podem ser agregados a outros materiais (dopados), como polímeros e sílica, gerando materiais com propriedades ópticas diferentes dos materiais precursores”, conta o pesquisador.

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Everton Bonturim

Os compostos de terras raras normalmente apresentam altos rendimentos quânticos, uma medida de eficiência que indica a proporção de fótons emitidos pelo íon terra rara por fótons absorvidos pela vizinhança química. São, assim, promissores como marcadores luminescentes, foco das pesquisas do Laboratório. O uso desses compostos como marcadores ópticos na área biológica, por exemplo, permite a identificação de substratos, dando apoio ao diagnóstico de doenças. “Essa entidade química capaz de emitir luz associa-se a uma entidade biológica, por exemplo, um anticorpo. O marcador biológico é capaz de reconhecer células e antígenos, e transmitir esse sinal na forma de luz para que sejam detectados”, explica.

Os marcadores ópticos são úteis também na área de segurança, já que podem ser utilizados como uma impressão digital, por exemplo, em cédulas, e documentos (passaportes, títulos etc.), servindo como identificador de autenticidade, detectados por meio da emissão de luz, sob radiação ultravioleta.

Os materiais luminescentes sintetizados no Laboratório utilizam métodos que geram partículas com tamanhos micrométricos. Para conhecê-los e buscar características que possam ser aplicadas, os estudos de Bonturim são voltados à compreensão das propriedades físicas, químicas e espectroscópicas das matrizes inorgânicas utilizadas. O químico compara os diferentes métodos de obtenção das amostras e avalia a melhora na eficiência da luminescência.

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Segundo o doutorando, os grupos de pesquisa da área, em geral, já têm um bom embasamento teórico e experimental nos estudos de materiais luminescentes, mas os fenômenos que envolvem estes materiais quando a escala é nanométrica ainda precisam ser mais explorados. Outra linha ainda incipiente é o estudo de como modificar as estruturas dos materiais para torná-las mais eficientes na transferência de energia.

A linha de pesquisa do doutorando também faz parte de um projeto bilateral financiado pelo CNPq, coordenado pelo professor Hermi Brito, do IQ no Brasil, e pelo professor Jorma Hölsä, da Universidade de Turku, na Finlândia.

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