Nova teoria abre caminho para substituir material das telas sensveis ao toque

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 26/07/2021

xidos metlicos

As telas sensveis ao toque parecem ser de vidro, mas seu material bsico um xido metlico, conhecido como ITO, sigla em ingls para xido de ndio-estanho.

Metais so opacos, mas alguns xidos metlicos – como o ITO – so transparentes, embora os cientistas ainda no entendam realmente a razo para isso.

Deixe isso de lado um pouco e veja outro aspecto do ITO, esse material que viabilizou os celulares, tablets e muitos outros aparelhos eletrnicos e que tambm est presente nos LEDs e nos painis solares: O ndio um metal muito raro, tanto que, no ritmo atual de produo de telas sensveis ao toque e clulas fotovoltaicas, estima-se que suas reservas minerais se esgotem at 2050.

Isso mostra a importncia de encontrar substitutos para o ndio.

Mathieu Mirjolet e seus colegas do Instituto de Cincia dos Materiais de Barcelona estavam trabalhando nisso, quando tiveram uma surpresa: Enquanto estudavam filmes finos de xidos de estrncio e vandio, eles descobriram que finas camadas desses dois metais so, surpreendentemente, transparentes.

Isso no devia acontecer se as teorias atualmente usadas para explicar a opacidade e transparncia dos materiais estivessem corretas e completas.

De posse da evidncia cabal – os materiais metlicos estavam em suas mos e eram transparentes -, no restou equipe outro caminho seno encontrar uma nova teoria para explicar a transparncia.

Por que alguns materiais so transparentes

Primeiro preciso relembrar como as teorias atuais explicam a transparncia. Segundo essas explicaes, os materiais em geral so transparentes luz visvel quando os ftons de luz no podem ser absorvidos pelo material, passando por ele sem serem incomodados por interaes com os eltrons.

A presena de eltrons (cargas livres) uma caracterstica fundamental dos metais, que so condutores por natureza. Neles, os eltrons, sob a influncia do campo eltrico da luz, so forados a oscilar, irradiando ento luz na mesma frequncia que recebem. Isso significa que os metais tendem a brilhar, uma vez que refletem a luz que os atinge. Alm disso, isso os torna opacos, uma vez que a luz no passa por eles.

Noutros materiais, por sua vez, os eltrons so mais pesados e no conseguem seguir as oscilaes causadas pelo campo eltrico da luz to rapidamente, o que significa que eles no conseguem refletir essa luz, deixando-a passar pelo material sem interao: o material ento transparente.

Esse papel dos eltrons, conhecido como interao de Coulomb, explica bem o ITO, mas no conseguiu explicar a transparncia dos filmes finos de estrncio e vandio e seus xidos.

A boa notcia que outros xidos metlicos tambm podero apresentar transparncia.
[Imagem: ICMAB-CSIC]

Por que alguns materiais so transparentes verso 2.0

A equipe est propondo ento um novo modelo explicativo que rompe com o paradigma estabelecido at agora no campo da fsica da matria condensada.

At agora, os fsicos aceitavam que as interaes de Coulomb entre eltrons governavam as propriedades dos xidos metlicos. Em vez disso, esta nova teoria prope um papel crucial para a interao entre os eltrons e a rede cristalina de ons do material.

“Acreditamos que o aumento da massa efetiva dos eltrons se deve ao seu acoplamento com a rede cristalina. Os eltrons dos xidos de estrncio e vandio, e dos xidos metlicos em geral, movem-se em uma matriz de ons (positivos e negativos). Essa rede se deforma com o eltron em movimento e essa distoro se move com ele. Seria como um eltron ‘vestido’ com uma distoro da rede movendo-se atravs do material.

“Esse acoplamento entre o eltron e a rede chamado de polaron e mais pesado do que o eltron livre, ento a massa efetiva do eltron maior, o que explicaria a transparncia do material luz visvel, uma vez que ele no consegue acompanhar as oscilaes do campo eltrico da luz e a deixa passar,” detalhou o professor Josep Fontcuberta, coordenador da equipe.

A notcia melhor que, conforme as teorias se tornam mais amplas e com maior poder explicativo, abrem-se novas fronteiras para lidar com a realidade – neste caso, com os metais e seus xidos: A equipe no v porque esse comportamento acoplado dos eltrons com a rede cristalina se restrinja aos xidos de estrncio e vandio, devendo ocorrer em muitos outros materiais, o que abre o caminho para a descoberta de novos substitutos para o ITO.

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