Notícia

Nanopontos de carbono de baixo custo e não tóxicos estão prontos para serem os pontos quânticos do futuro

Fonte

Universidade de Illinois em Urbana-Champaign

Data

terça-feira, 9 março 2021 14:30

Áreas

Inovação. Tecnologias. Toxicologia.

Minúsculos pontos semicondutores fluorescentes, chamados de pontos quânticos, são úteis em uma variedade de tecnologias eletrônicas e de saúde, mas são feitos de metais tóxicos e caros. Pontos não tóxicos e de baixo custo à base de carbono são fáceis de produzir, mas emitem menos luz. Um novo estudo que usa imagens nanométricas ultrarrápidas encontrou emissores bons e ruins entre as populações de pontos de carbono. Esta observação sugere que, selecionando apenas superemissores, os nanopontos de carbono podem ser purificados para substituir os pontos quânticos de metal tóxico em muitas aplicações.

As descobertas, publicadas na revista científica PNAS, reuniram pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e da Universidade de Maryland, no condado de Baltimore, nos Estados Unidos, em um projeto colaborativo por meio do Beckman Institute for Advanced Science and Technology em Illinois.

“Ao entrar neste estudo, não sabíamos se todos os pontos de carbono eram apenas emissores muito fracos ou se alguns eram perfeitos e outros ruins”, disse o Dr. Martin Gruebele, professor de Química da Universidade de Illinois, que liderou o estudo. “Sabíamos que se pudéssemos mostrar que existem bons e ruins [emissores], talvez pudéssemos encontrar uma maneira de escolher os [pontos] perfeitos da mistura.”

Determinar se os pontos de carbono são emissores de luz bons ou ruins começa com a possibilidade de vê-los, explicou o professor Gruebele. Os pontos têm menos de 10 nanômetros de diâmetro e, quando excitados, decidem se fluorescem em questão de picossegundos – ou um milésimo de um bilionésimo de segundo.

“Usando nosso microscópio de tunelamento de varredura de absorção de molécula única, desenvolvido anteriormente, só podíamos obter imagens de estados excitados sem resolução de tempo. Neste estudo, no entanto, podemos registrar os pontos quânticos enquanto estão em seu estado excitado, combinando a resolução espacial do nanômetro real com a resolução do tempo de femtossegundo [0,000000000000001 s]”, destacou o Dr. Gruebele.

A equipe descobriu que a excitação de energia segue um de dois caminhos: ou emite luz ou expulsa a energia como calor antes de ter a chance de fluorescência.

“Descobrimos que em populações em massa, aproximadamente 20% de uma determinada população de nanopontos de carbono são emissores perfeitos, enquanto cerca de 80% têm um estado de emissão de luz muito curto antes de expelir o calor. Ser capaz de ver que existem diferentes populações nos diz que pode ser possível purificar as populações de pontos de carbono selecionando apenas os emissores de luz perfeitos”, disse o pesquisador.

A capacidade de escolher os pontos perfeitos pode tornar o conceito de pontos eficientes baseados em carbono uma realidade, afirmou o Dr. Martin Gruebele. “Os pontos quânticos metálicos são frequentemente usados ​​para monitorar a saúde das células vivas, o que está longe do ideal, e ter uma opção econômica e não tóxica seria um avanço significativo”.

A nova tecnologia de imagem também permite que os pesquisadores observem por que alguns pontos nunca acendem, sugerindo que há esperança de que algum dia os pesquisadores possam sintetizar pontos de carbono emissores de luz perfeitos.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (em inglês).

Fonte: Lois Yoksoulian, Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. Imagem: ponto de carbono observado a partir de microscopia de varredura por tunelamento. Fonte: Dr. Martin Gruebele, Universidade de Illinois.