Um estudo pioneiro da Universidade de São Paulo (USP), publicado na Scientific Reports, desenvolveu um método revolucionário para monitorar e controlar, em tempo real, o diâmetro dos pontos quânticos durante sua síntese. Essa técnica, que utiliza a frequência da luz emitida, promete aprimorar a eficiência e precisão na produção desses nanomateriais, amplamente utilizados em diversas tecnologias.
Avanço Tecnológico na Produção de Pontos Quânticos
Os pontos quânticos, nanopartículas semicondutoras conhecidas por sua alta eficiência luminescente, são essenciais em aplicações como telas de alta resolução, LEDs, painéis solares e sensores médicos. A nova abordagem, liderada pela professora Andrea de Camargo do Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP), em colaboração com a Kiel University, na Alemanha, permite monitorar a formação desses pontos durante a síntese, sem interferir no processo.
“Usamos telureto de cádmio (CdTe) como modelo e controlamos o crescimento das nanopartículas em solução aquosa aquecida através da análise de luminescência in situ,” explica Pedro Felipe Garcia Martins da Costa, doutorando no IFSC-USP e primeiro autor do estudo.
Metodologia Inovadora
A técnica permite observar o crescimento cristalino dos pontos quânticos pela cor da luz emitida, fornecendo dados precisos sobre o tamanho das nanopartículas. QDs de CdTe com diâmetro entre 1 a 2 nanômetros (nm) emitem luz nas faixas azul e verde, enquanto aqueles com 4 a 5 nm emitem luz amarela e vermelha.
“Com o monitoramento rápido e preciso das frequências de emissão, podemos estimar o tamanho das nanopartículas em tempo real. Essa técnica é superior à convencional, que requer a retirada de amostras da solução para medir o tamanho dos pontos,” acrescenta Leonnam Gotardo Merizio, pós-doutorando no IFSC-USP e coautor do estudo.
Benefícios e Aplicações Futuras
O novo método oferece várias vantagens, incluindo a capacidade de obter um maior número de espectros por unidade de tempo e evitar descartes desnecessários. Além disso, permite um controle mais preciso da cor de emissão dos QDs, essencial para dispositivos como monitores e telas de celulares.
Os pontos quânticos sintetizados foram caracterizados por técnicas como difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia de absorção UV-Vis e espectroscopia vibracional no infravermelho.
Histórico e Reconhecimento
A existência dos pontos quânticos foi teoricamente prevista em 1937 pelo físico Herbert Fröhlich. Na década de 1980, Alexey Ekimov e Louis Brus observaram pela primeira vez o fenômeno de confinamento quântico em nanopartículas semicondutoras. Na década de 1990, Moungi Bawendi contribuiu com técnicas de síntese aprimoradas. Em 2023, Ekimov, Brus e Bawendi foram laureados com o Nobel de Química por suas contribuições.
“O efeito de confinamento quântico torna os fenômenos quânticos mais evidentes, caracterizando os QDs como materiais intermediários entre átomos, moléculas e aglomerados cristalinos maiores,” comenta Costa.
Conclusão
A nova técnica de monitoramento de luminescência in situ, desenvolvida pelos pesquisadores do IFSC-USP, é um avanço significativo na produção de pontos quânticos. Além de melhorar a precisão e eficiência da síntese, a metodologia pode ser aplicada para caracterizar compostos intermediários em reações químicas, otimizando processos de síntese e economizando energia.
O estudo foi apoiado pela FAPESP através de quatro projetos (13/07793-6, 20/05627-5, 21/01170-3 e 22/07667-0). O artigo completo pode ser ado em: Real‐time monitoring of CdTe quantum dots growth in aqueous solution.
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