Cientistas criam “tinta quântica” para potencializar visão noturna de próxima geração

Essa pressão regulatória está desacelerando a adoção mais ampla de detectores infravermelhos em aplicações civis, exatamente quando a demanda em campos como veículos autônomos, imagem médica e segurança nacional está acelerando.

Uma Solução Ecológica

Em um artigo publicado na ACS Applied Materials & Interfaces, pesquisadores da Escola de Engenharia Tandon da NYU revelam uma solução potencial que utiliza pontos quânticos ambientalmente amigáveis para detectar luz infravermelha sem depender de mercúrio, chumbo ou outros materiais restritos.

Os pesquisadores utilizam pontos quânticos coloides, que revolucionam o processamento tradicional, caro e tedioso dos detectores infravermelhos. Dispositivos tradicionais são fabricados por métodos lentos e ultra-precisos que colocam átomos quase um por um em pixels do detector — semelhante a montar um quebra-cabeça peça por peça sob um microscópio.

Os pontos quânticos coloides, por outro lado, são sintetizados inteiramente em solução, como se fosse a preparação de tinta, e podem ser depositados utilizando técnicas de revestimento escaláveis semelhantes às usadas na fabricação em rolo para embalagens ou jornais. Essa mudança do assemblage minucioso para um processamento baseado em solução reduz drasticamente os custos de fabricação e abre caminho para aplicações comerciais generalizadas.

Desafios na Indústria

“A indústria enfrenta uma tempestade perfeita, onde as regulamentações ambientais estão se tornando mais rigorosas precisamente quando a demanda por imagem infravermelha está explodindo,” disse Ayaskanta Sahu, professor associado do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular (CBE) da NYU Tandon e autor sênior do estudo. “Isso cria gargalos reais para as empresas que tentam aumentar a produção de sistemas de imagem térmica.”

Outro desafio que os pesquisadores abordaram foi tornar a tinta de pontos quânticos suficientemente condutora para transmitir sinais da luz que chega. Eles conseguiram isso utilizando uma técnica chamada troca de ligantes em fase de solução, que adapta a química da superfície dos pontos quânticos para melhorar o desempenho em dispositivos eletrônicos. Ao contrário dos métodos de fabricação tradicionais que muitas vezes deixam filmes trincados ou irregulares, esse processo baseado em solução produz revestimentos suaves e uniformes em uma única etapa — ideal para a fabricação em grande escala.

Desempenho Notável

Os dispositivos resultantes apresentam um desempenho notável: eles respondem à luz infravermelha em escala de microssegundos — para comparação, o olho humano pisca a velocidades centenas de vezes mais lentas — e podem detectar sinais tão fracos quanto um nanowatt de luz.

“O que me empolga é que podemos pegar um material há muito considerado difícil de ser utilizado em dispositivos reais e engenheirá-lo para ser mais competitivo,” afirmou o pesquisador de pós-graduação Shlok J. Paul, autor principal do estudo. “Com mais tempo, esse material tem o potencial de brilhar mais profundamente no espectro infravermelho, onde poucos materiais existem para tais tarefas.”

Este trabalho adiciona-se à pesquisa anterior dos mesmos pesquisadores que desenvolveram novos eletrodos transparentes usando nanofios de prata. Esses eletrodos permanecem altamente transparentes à luz infravermelha enquanto coletam sinais elétricos de forma eficiente, abordando um componente do sistema de câmera infravermelha.

Abordagem Integrada

Combinados com seu trabalho anterior em eletrodos transparentes, esses desenvolvimentos abordam ambos os principais componentes dos sistemas de imagem infravermelha. Os pontos quânticos fornecem capacidade de detecção ambientalmente compatível, enquanto os eletrodos transparentes lidam com a coleta e processamento de sinais.

Essa combinação enfrenta desafios em arrays de imagem infravermelha de grande área, que exigem detecção de alto desempenho em amplas áreas e leitura de sinais de milhões de pixels detectores individuais. Os eletrodos transparentes permitem que a luz atinja os detectores de pontos quânticos enquanto fornecem caminhos elétricos para a extração do sinal.

“Toda câmera infravermelha em um Tesla ou smartphone precisa de detectores que atendam aos padrões ambientais, ao mesmo tempo em que permanecem custo-efetivos,” disse Sahu. “Nossa abordagem pode ajudar a tornar essas tecnologias muito mais acessíveis.”

O desempenho ainda é inferior ao dos melhores detectores à base de metais pesados em algumas medições. No entanto, os pesquisadores esperam que os avanços contínuos na síntese de pontos quânticos e projeto de dispositivos possam reduzir essa diferença.

Além de Sahu e Paul, os autores do artigo são Letian Li, Zheng Li, Thomas Kywe e Ana Vataj, todos da NYU Tandon CBE. O trabalho foi apoiado pelo Escritório de Pesquisa da Marinha e pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa.