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Um mineral sintético modificado, a hackmanita com íons de titânio, pode ser uma alternativa de menor custo a materiais que emitem luz à base de terras raras. É o que demonstra pesquisa com participação do químico José Miranda de Carvalho Júnior, pós-doutorando do Instituto de Física (IF) da USP. O material, chamado de Li-hackmanita, tem potencial de aplicação em lâmpadas de LED para iluminação e em dispositivos antifalsificação. Para que pudesse emitir luz, foram adicionados íons de titânio, um material de fácil obtenção. Os experimentos conseguiram uma persistência de emissão de luz de nove horas, similar à dos materiais à base de terras raras.
O trabalho buscou alternativas de materiais para luminescência persistente, como os que são usados em placas de sinalização de emergência e na detecção de tumores. “Um dos materiais utilizados comercialmente, o aluminato de cálcio, utiliza íons terras raras, como o európio, para emitir luz”, diz Carvalho Júnior. O európio é encontrado na natureza misturado a outros minerais com propriedades químicas semelhantes, o que torna a separação mais difícil e cara, além da produção estar concentrada em um único país (China). “A pesquisa utilizou a hackmanita, um mineral que é modificado para emitir luz a partir da adição de pequenas doses de titânio, que é muito mais abundante e de fácil obtenção.”
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No estudo, o Li-hackmanita foi usado na forma de um pó branco. Ao verificar as propriedades do material, a pesquisa constatou que ele emite uma luz branca, ao contrário dos materiais com európio, que emitem luzes de várias cores. “Essa emissão de luz também pode ser ativada pela luz solar, o que ainda não tinha sido observado com o titânio”, destaca o pesquisador. “O aluminato de cálcio está disponível há mais de 30 anos no mercado e, devido a vários aperfeiçoamentos, possui uma persistência de emissão de luz de dez horas. No caso do Li-hackmanita, essa persistência é de cerca de nove horas.”
O material pode ser utilizado em lâmpadas de iluminação com LEDs. “O pó de Li-hackmanita é dispersado em uma resina de silicone que é aplicada em um LED ultravioleta comercial”, relata Carvalho Júnior. Quando o LED é acionado, o compósito emite uma luz branca. “Além de substituir as lâmpadas de tubo, o material pode ser usado em lâmpadas de telefones celulares.”
Dispositivos antifalsificação
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Outra aplicação possível para o Li-hackmanita é o seu uso como marcador óptico em dispositivos antifalsificação. Durante o estudo, como prova de conceito, o material foi utilizado para separar o açafrão, um tempero raro e de grande valor comercial, da cúrcuma (tumeric) e do colorau (anatto), que, por serem mais abundantes e terem cores parecidas, são vendidos como açafrão.
“O Li-hackmanita é misturado com água, onde suas partículas ficam em suspensão”, relata o pesquisador. “Quando uma mistura de temperos é adicionada, cada um deles interage com as partículas de forma diferente, pois possuem uma estrutura química própria. Assim, ao medir a luminescência, é possível detectar o açafrão com grande precisão.”
A próxima etapa da pesquisa de pós-doutorado é aprofundar o conhecimento sobre a síntese do Li‑hackmanita de modo que o tempo de produção diminua das atuais 50 horas para cerca de 50 minutos. “No processo atual, conhecido como reação de estado sólido, a mistura de hackmanita e titânio em pó é colocada em um forno com temperatura de 850 graus celsius, o que faz as partículas reagirem e se combinarem”, aponta Carvalho Júnior. “A ideia é utilizar emissões de radiação de micro-ondas, que aumentam o movimento das partículas e fazem com que a reação aconteça mais rapidamente.”
Apesar dos experimentos terem sido feitos em escala laboratorial, o pesquisador estima que o custo de obtenção do material possa ser, aproximadamente, 60% menor do que o do aluminato de cálcio, que utiliza o európio em sua composição. O estudo foi realizado durante um estágio de pós-doutoramento na Universidade de Turku, na Finlândia, com apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). A pesquisa é descrita no artigo Lanthanide and Heavy Metal Free Long White Persistent Luminescence from Ti Doped Li–Hackmanite: A Versatile, Low-Cost Material, publicado na revista científica Advanced Functional Materials em março deste ano.
Mais informações: e-mail jmc@iq.usp.br, com José Miranda de Carvalho Júnior
