Novo LED emissor de luz branca

A iluminação é responsável por, aproximadamente, 20 % do consumo mundial anual de energia, de acordo com a Agência Internacional de Energia. As fontes de iluminação mais usadas, como as lâmpadas incandescentes e as lâmpadas fluorescentes, são ineficientes convertendo apenas, respetivamente, cerca de 5 % e 20 % da energia elétrica em luz. Por outro lado, a energia usada na produção de iluminação mundial é uma das maiores causas de emissões de gases de efeito estufa (1900 milhões de toneladas de CO₂ anuais, equivalente a 6 % da emissão total de CO₂ anual e a 70 % do CO₂ anual produzido por todos os veículos de transporte der passageiros).

Os LEDs (sigla derivada do termo em inglês Light Emitting Diode) apresentam-se como uma alternativa energeticamente mais favorável e ambientalmente mais sustentável às fontes de iluminação convencionais, esperando-se, assim, que venham a dominar nas próximas décadas a indústria de iluminação.

A relevância tecnológica e societal deste conceito foi reconhecida em 2014 pela Academia Sueca ao atribuir o prémio Nobel da Física a Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura pela invenção dos LEDs emissores de luz azul como precursores de fontes economizadoras de energia. A descoberta do LED azul permitiu adicionar esta cor aos LEDs vermelho e verde já existentes e gerar luz de qualquer cor, em particular, luz branca.

A importância da luz na atividade humana foi, também, recentemente destacada pela escolha da UNESCO do ano de 2015 como o Ano Internacional da luz. Esta escolha é justificada não só porque a luz é necessária à existência da própria vida (fotossíntese) como, também, pelas miríades aplicações que revolucionaram a sociedade através da medicina, comunicação, entretenimento e cultura. A luz é transversal à ciência e a engenharia, estabelecendo grandes desafios para os decisores políticos e as partes interessadas na inclusão da luz no desenvolvimento tecnológico sustentável, em paralelo com a aposta de recrutamento e formação neste domínio.

No que respeita a emissão dos LEDs, aqueles emissores de luz branca têm recebido uma considerável atenção nos últimos anos devido à sua capacidade de converter eletricidade em luz de forma mais eficiente do que aquela observada nas fontes de iluminação convencionais, aliada a maior tempo de vida e ausência de materiais tóxicos (por exemplo, as lâmpadas fluorescentes compactas contêm, em média, 5 mg de mercúrio). Ainda que menos explorados, outros motivos de atenção incluem a utilização de LEDs emissores de luz branca como estímulo externo no controlo do ritmo circadiano humano (ou de plantas ou bactérias) com impacto no estado fisiológico e na determinação dos padrões de atividade cerebral e regeneração celular. Estas são áreas emergentes onde a baixa dimensão e peso reduzido, baixo consumo e elevado tempo de vida dos LEDs são vantagens a explorar.

Para além da possibilidade de produzir luz branca através da mistura das cores primárias de LEDs, destaca-se pelo menor custo, a combinação do LED azul revestido com um material que emite na região do amarelo por conversão parcial da luz azul. A mistura da luz azul não convertida com a emissão amarela do revestimento gera uma luz branca. As principais desvantagens destes últimos LEDs são um menor valor do índice de reprodução de cor (parâmetro que mede o grau de distorção da perceção da cor dos objetos quando iluminados com LEDs face à iluminação natural) e baixa temperatura de cor que revela que a cor branca é diferente daquela observada nas lâmpadas convencionais. Por esta razão, a luz branca destes LEDs é, usualmente, designada por luz fria, por se afastar dos padrões de iluminação das sociedades ocidentais, sendo este um obstáculo à sua inclusão massiva na iluminação interior. Acrescenta, ainda, que os atuais LEDs brancos comerciais contêm elementos óticos como, por exemplo, iões lantanídeos que elevam o custo de produção e exigem um processo de reciclagem complexo.

Neste contexto, foi desenvolvido um novo LED cuja emissão de luz branca apresenta melhor índice de reprodução de cor e temperatura de cor face ao atual LED branco, sendo uma solução de iluminação mais próxima da luz natural. Para tal, foi desenvolvido um novo material formado por partículas de dimensões nanométricas (um milhões de vezes mais pequenas do que o milímetro). Tais partículas foram depositadas na superfície de um LED comercial que emite radiação ultravioleta que é convertida em luz branca com elevado brilho. Este novo material é não-tóxico, é feito a partir de materiais abundantes, baratos e de fácil reciclagem e que podem ser encontrados na natureza em minérios, como a bauxite que tem uma produção anual elevada de 200 milhões de toneladas. Características desejáveis de um ponto de vista industrial e ambiental.

Este trabalho foi publicado pela Nature Communications, uma das revistas científicas mais prestigiadas do mundo, e foi feito em parceria com a Humboldt-Universität, Berlin-Alemanha, a Universidade Federal de Pernambuco, Recife-Brasil e Chinese Academy of Science, State Key Laboratory of Luminescence & Applications, Changchun-China.

Maria Rute A. S. Ferreira André (CICECO e Departamento de Física, Universidade de Aveiro)