O pesquisador Eduardo D. Martinez juntamente com Alí García-Flores e os professores Ricardo Rodrigues Urbano e Carlos Rettori, do Departamento de Eletrônica Quântica do IFGW, teve seu trabalho “Electrochromic Switch Devices Mixing Small‐ and Large‐Sized Upconverting Nanocrystals” escolhido para ser capa da revista “Advanced Funcional Materials” de fevereiro de 2019. Este é o resultado de uma colaboração com o pesquisador Carlos D.S. Brites e o professor Luís D. Carlos do Departamento de Física da Universidade de Aveiro, Portugal.

O artigo trata de um método inovador para o controle das propriedades da luz visível emitida por nanopartículas. Com tamanho cerca de cinco mil vezes menor do que o diâmetro de um fio de cabelo, as nanopartículas absorvem radiação infravermelha e emitem radiação visível de cores verde, vermelha ou azul.

As propriedades ópticas destes materiais são devidas a um fenômeno de luminescência chamado de conversão ascendente ou Upconversion. O processo óptico baseia-se na transferência de energia entre íons de terras raras (Yb³⁺), chamados sensibilizadores, que absorvem a luz infravermelha e transferem a energia dos estados excitados para outros íons de terras raras (Tm³⁺, Er³⁺ ou Ho³⁺) chamados ativadores. O processo de transferência acontece várias vezes antes do relaxamento através da emissão de luz visível característica dos ativadores. Até há poucos anos pensava-se que o aumento da temperatura resultava sempre numa diminuição da intensidade de emissão das nanopartículas, denominado efeito térmico de supressão de emissão. Recentemente percebeu-se que a intensidade de emissão pode manter-se constante, ou mesmo aumentar, durante um processo de aquecimento quando o tamanho das partículas está abaixo de um tamanho crítico de cerca de 20 nanômetros. A técnica reportada no artigo serve para ajustar a temperatura das partículas com tamanhos entre 10 e 300 nanômetros. Para tanto elas foram colocadas sobre uma rede de nanofios de prata (filamentos de prata de diâmetros manométricos) que se aquecem quando submetidos a uma corrente elétrica.

As nanopartículas “grandes” têm comportamento térmico oposto em relação às “pequenas”, permitindo desenvolvimento de dispositivos eletrocrômicos, os quais mudam a cor da emissão dependendo da corrente elétrica aplicada.

Os pesquisadores descrevem ainda em primeira mão a possibilidade de se medir a temperatura absoluta das nanopartículas analisando-se a sua emissão, sem contato nem necessidade de calibração prévia do setup experimental.

A partir da análise do espectro de emissão é possível extrair informações sobre a temperatura local na posição das nanopartículas. De fato, uma das principais aplicações destes materiais é na nanotermometria. O grupo de investigação do Prof. Luis Carlos, da Universidade de Aveiro, é especializado em técnicas de termometria óptica e foi responsável pela análise termométrica dos dispositivos desenvolvidos. A parte experimental foi feita principalmente no laboratório 108 do GPOMS do DEQ, no IFGW.

O projeto teve a duração de aproximadamente dois anos e foi constituído de duas etapas: a síntese química de vários materiais, como nanofios de prata e partículas de conversão ascendente de diferentes tamanhos e com diferentes composições; e a montagem e caracterização de dispositivos eletrocrômicos.

Uma das aplicações importantes da técnica desenvolvida é que pode-se depositar os nanofios sobre superfícies transparentes e maleáveis, construindo-se assim os tais dispositivos eletrocrômicos (pequenas telas a cores que são finas, maleáveis e transparentes), controlados por uma corrente elétrica externa. Os dispositivos também são utilizados para o estudo térmico das nanopartículas de Upconversion, que são ativamente investigadas para aplicações em técnicas de bioimagens, células solares, nanotermometria e dispositivos anti-falsificação, principalmente.

O trabalho foi desenvolvido dentro do projeto de pós-doutorado financiado pela FAPESP, processo 2015/23882-4 e projeto temático 2017/10581-1. A colaboração internacional foi possível graças a uma bolsa BEPE concedida pela FAPESP, processo 2018/12489-8.

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