Equipa de investigação japonesa desenvolve material mecânico-luminescente de óxido de zinco sem terras raras

De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipa de investigação da Universidade de Tohoku, em colaboração com a Universidade de Tsukuba e a Universidade de Saga, desenvolveu um material de óxido de zinco (ZnO) que apresenta propriedades de luminescência mecânica de alta intensidade e alta sensibilidade sem utilizar elementos de terras raras. Os materiais mecânico-luminescentes podem converter diretamente energia mecânica, como tensão, deformação e vibração, em luz, sem necessidade de baterias ou fios, funcionando como sensores autoalimentados com potencial de aplicação em sensores biomédicos e na monitorização de infraestruturas. No entanto, anteriormente, os materiais mecânico-luminescentes de alto desempenho dependiam frequentemente de metais de terras raras caros ou de composições complexas.

Este novo material utiliza óxido de zinco, um material abundante na Terra e já amplamente utilizado em protetores solares, cosméticos e pomadas, combinando alta sensibilidade com baixo custo.

Ao adicionar uma pequena quantidade de sódio ao óxido de zinco e controlar com precisão os defeitos estruturais do material, os investigadores demonstraram pela primeira vez que o óxido de zinco pode alcançar propriedades de luminescência mecânica fortes e altamente sensíveis sem o uso de elementos de terras raras.

A equipa analisou o desempenho do material utilizando microscopia eletrónica avançada e modelação computacional. A microscopia revelou que a superfície das partículas apresenta uma estrutura característica em forma de cratera, que converte eficazmente a força externa em deformação interna. Simultaneamente, a equipa realizou cálculos de primeiros princípios utilizando o supercomputador MASAMUNE-II, nomeado em homenagem a Date Masamune, fundador de Sendai, que indicaram que vestígios de sódio podem gerar defeitos estruturais estáveis capazes de armazenar temporariamente cargas elétricas.

Os cálculos também apontaram que as vacâncias de zinco são responsáveis pela emissão de luz no infravermelho próximo. Estes defeitos estruturais atuam em sinergia, permitindo que o material emita luz brilhante sob pressões de apenas alguns milhares de pascal (equivalentes à pressão exercida por um toque suave da ponta do dedo).

Devido à capacidade da luz infravermelha próxima emitida de penetrar bem nos tecidos biológicos, este material pode ser utilizado em sensores médicos que não necessitam de fonte de alimentação interna, sendo ativados a partir do exterior por vibrações fracas, como ultrassons. O material também pode ser aplicado na monitorização de infraestruturas como pontes, edifícios ou pás de turbinas eólicas, apresentando deformações mínimas e sinais precoces de desgaste sob a forma de luz visível, contribuindo para a realização de sistemas de monitorização remota sem necessidade de cablagem ou fontes de alimentação dedicadas.