Uma análise mais aprofundada da tecnologia de pontos quânticos da UbiQD para agricultura, energia solar e muito mais

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By Kenna Hughes-Castleberry publicado em 06 de fevereiro de 2024

Em 2023, a Prêmio Nobel de Química foi concedido a vários cientistas pela descoberta e desenvolvimento do ponto quântico. Essas partículas cada vez menores, cerca de 10,000 vezes menores que a largura de um fio de cabelo humano, são conhecidas por sua alta eficiência e fotoluminescência (PL) ajustável, oferecendo um espectro de emissão de luz em várias cores. A singularidade dos pontos quânticos reside na sua estrutura semelhante a uma cebola, com múltiplas camadas protegendo o material do núcleo e a sua superfície coberta por “cabelos” de moléculas orgânicas.

Embora os pontos quânticos sejam mais comumente vistos em monitores digitais de alta resolução, empresas como a de Los Alamos UbiQD (pronuncia-se “ubiquidade”) estão na vanguarda do aproveitamento das propriedades notáveis dos pontos quânticos (QDs) em agricultura e energia solar.

“Os pontos quânticos nos permitem criar uma nova categoria de produtos na agricultura usando fluorescência”, explicou o CEO e fundador da UbiQD, Dr. Caçador McDaniel para Por dentro da tecnologia quântica.

Um aspecto fundamental da abordagem do UbiQD é a precisão no ajuste do tamanho e da composição desses pontos quânticos. Isto é conseguido ajustando meticulosamente as condições de fabricação, permitindo uma mudança no início da absorção e no espectro PL em todos os comprimentos de onda. Notavelmente, a UbiQD é especializada em pontos quânticos CIS (cobre, índio, sulfeto), capitalizando seu tamanho e capacidade de ajuste para substituir corantes fluorescentes tradicionais ou fósforos dopados.

“Os corantes são tradicionalmente instáveis”, elaborou McDaniel. “Muitas vezes ocorre desbotamento, e muitos filmes usados em ambientes agrícolas, como estufas, precisam usar estabilizadores ultravioleta (UV) para evitar a desestabilização.”

Pontos Quânticos na Agricultura

Atualmente, a UbiQD está se concentrando no avanço das aplicações de pontos quânticos para agricultura sustentável e energia limpa, otimizando particularmente a luz solar em estufas e melhorando a eficiência dos módulos solares. Na agricultura, os pontos quânticos do UbiQD são projetados para integração em coberturas de estufas, maximizando os benefícios da luz natural para o crescimento das plantas e aumentando o rendimento e a qualidade das colheitas. A UbiQD também é pioneira no desenvolvimento de pontos quânticos para melhorar a eficiência dos painéis solares, com o objetivo de revolucionar a captura de energia solar. Além dessas aplicações, a UbiQD está explorando a aplicação de sua tecnologia para janelas solares e tintas de segurança, oferecendo soluções para projetos de edifícios inteligentes e medidas antifalsificação.

“Este projeto tem muito potencial”, acrescentou McDaniel. “Com diferentes configurações de luz ajustável, você pode realmente alterar a composição da sua colheita, como fazer com que ela tenha mais teor de açúcar ou cor.”

Mas antes de McDaniel e a equipe UbiQD decidirem buscar mais cores para seus produtos de pontos quânticos (que podem produzir esses efeitos), eles estão mais focados em tornar a tecnologia o mais acessível possível.

Como os pontos quânticos podem ser usados para diversas aplicações, sua acessibilidade é fundamental para penetrar em diferentes mercados. A UbiQD desenvolveu um processo patenteado e escalável para a criação de pontos quânticos que depende da termodinâmica em vez de engenharia complexa, tornando seus produtos mais acessíveis. A UbiQD atua como fabricante de materiais e fonte de tecnologia, vendendo diretamente pontos quânticos e filmes por meio de distribuidores. Eles imaginam um modelo B2B de longo prazo, aproveitando os canais de mercado existentes.

“Nosso objetivo é tornar nosso produto o mais amplamente acessível possível, com tantas aplicações agrícolas diferentes quanto possível”, acrescentou McDaniel. “Para fazer isso, estamos ampliando nosso processo de fabricação e tornando nossos filmes de pontos quânticos mais facilmente integrados à infraestrutura agrícola atual.”

Como a maioria das instalações agrícolas em todo o mundo (particularmente perto do equador) usam filmes plásticos colocados sobre estruturas metálicas de estufas, a equipe UbiQD espera substituir essas folhas plásticas normais por seu produto de pontos quânticos.

“Agora você tem um teto que pode aumentar a produção agrícola, o que, para os agricultores, significa margens de lucro mais amplas”, disse McDaniel.

UbiGro Cover, um dos mais novos produtos da empresa sob sua marca infantil UbiGro, foi lançado recentemente em meados de novembro como um filme para cobertura de estufa, que pode melhorar a fotossíntese por meio de fluorescência ajustável. A primeira linha deste produto será enviada aos produtores de todo o mundo em março.

Como explicou McDaniel, o UbiGro é cerca de seis vezes mais barato que um projeto anterior, com cada metro quadrado custando 50 centavos. Embora o UbiGro venha apenas em uma cor, McDaniel planeja expandir para outras cores voltadas para diferentes culturas.

O brilho dos pontos quânticos

O brilho dos pontos quânticos decorre de sua eficiência na conversão da luz absorvida em luz emitida. O UbiQD aproveita o controle preciso do processo e os invólucros de proteção para alcançar rendimentos quânticos quase unitários (emitindo quase 100% da luz à medida que absorvem) e estabilidade, mesmo em ambientes externos desafiadores. Esta alta eficiência abrange desde a faixa do visível até o infravermelho próximo (NIR).

McDaniel e sua equipe usam a capacidade dos pontos quânticos de absorver luz para desenvolver produtos focados na energia solar, incluindo janelas solares.

“Vemos os pontos quânticos como um eixo fundamental para novos mercados”, acrescentou McDaniel. “A energia solar é um desses mercados. Vimos que os pontos quânticos são capazes de melhorar os produtos solares atuais, possivelmente até dez vezes mais.”

Foco na segurança

Além de criar um produto mais radiante e sintonizável, a UbiQD também trabalha para tornar seu processo de fabricação mais seguro. A síntese tradicional de pontos quânticos geralmente envolve materiais perigosos como cádmio, chumbo ou fosfinas. Em contraste, a UbiQD concentra-se em pontos quânticos mais seguros, feitos de materiais comuns como cobre, zinco e enxofre, detendo licenças exclusivas para esses pontos de instituições de prestígio como o MIT e o Laboratório Nacional de Los Alamos.

Um futuro brilhante para UbiQD

Olhando para o futuro, a tecnologia da UbiQD poderá revolucionar vários outros setores. As propriedades únicas de seus pontos quânticos podem encontrar aplicações em imagens médicas, onde sua fluorescência ajustável pode auxiliar em diagnósticos precisos. Na eletrónica, estes pontos quânticos poderiam melhorar a cor e a eficiência dos ecrãs em dispositivos como smartphones e TVs. Além disso, os benefícios ambientais e de segurança dos pontos quânticos da UbiQD tornam-nos ideais para iniciativas de desenvolvimento sustentável, contribuindo potencialmente para soluções energéticas mais limpas e eficientes em todo o mundo. Com sua abordagem inovadora à tecnologia de pontos quânticos, a UbiQD está preparada para impactar vários setores, aproveitando o poder dessas minúsculas partículas para trazer avanços significativos.

Kenna Hughes-Castleberry é editora-chefe da Inside Quantum Technology e comunicadora científica da JILA (uma parceria entre a University of Colorado Boulder e o NIST). Suas áreas de escrita incluem tecnologia profunda, computação quântica e IA. Seu trabalho foi apresentado na Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica e muito mais.

Categorias: fotônica, Computação quântica, pesquisa

Tags: agricultura, pontos quânticos, energia solar, UbiQD