Pesquisadores desenvolveram uma nova família de vidros que darão
maior potência a pequenos pacotes em lasers e dispositivos ópticos e
fornecerão uma alternativa menos cara para muitos outros vidros e
cristais ópticos, como a safira. Chamados REAl Glass (de Rare-Earth
Aluminum oxide, ou óxido de alumínio de terras-raras), os materiais
são duradouros, constituem um bom anfitrião para átomos que
melhoram o desempenho do laser e poderão ampliar o leque de
comprimentos de onda que um único laser pode produzir atualmente.
Com o apoio da Fundação Nacional de Ciências (NSF), a Containerless
Research Inc. (CRI), sediada no Parque de Pesquisas Evanston da
Universidade Southwestern, em Illinois, desenvolveu recentemente o
processo de fabricação do REAl Glass.
Agora a NSF está apoiando a companhia no desenvolvimento de vidros
para aplicações em lasers potentes, lasers cirúrgicos, equipamentos
de comunicações ópticas, materiais infravermelhos e sensores
capazes de detectar explosivos e toxinas.
A CRI desenvolveu os vidros originalmente com verbas da Nasa. A
pesquisa usou técnicas de processamento sem contêiner, incluindo uma
instalação de pesquisa especializada - o Levitador Eletrostático -
no Centro de Vôo Espacial Marshall, em Huntsville, Alabama. Com o
equipamento da Nasa, os pesquisadores levitaram os materiais usando
eletricidade estática e então aqueceram as substâncias a
temperaturas extremamente altas. Nesse processo, os materiais ficaram
completamente protegidos do contato com um contêiner ou outras fontes
de contaminação.
"A pesquisa que levou ao desenvolvimento do REAl Glass envolveu a
natureza e as propriedades de líquidos 'frágeis', substâncias que são
muito sensíveis à temperatura e têm uma viscosidade [ou resistência
ao fluxo] que pode mudar rapidamente quando a temperatura cai",
disse Richard Weber, principal pesquisador da CRI nesse projeto.
O REAl Glass, assim como muitos outros vidros, é feito de um líquido
super-resfriado. Isso quer dizer que o líquido resfriou com rapidez
suficiente para evitar que seus átomos se organizassem, formando uma
estrutura de cristal. Em temperaturas baixas, como a temperatura
ambiente, os átomos são "fixados" nesse estado vítreo
desorganizado. No REAl Glass, o vidro que sofre o processo também
oferece um mecanismo para incorporar elementos de terras-raras de
maneira uniforme. Essa qualidade torna o REAl Glass especialmente
interessante para aplicações de laser.
Depois que os cientistas da CRI passaram vários anos fazendo pesquisa
básica de líquidos frágeis, a NSF forneceu as verbas para
desenvolver vidros patenteados e processos de manufatura proprietários,
para combinar os componentes do vidro em quantidades comerciais e com
um custo muito inferior ao da fusão por levitação.
Usando fusão em alta temperatura e operações de moldagem, a CRI está
fazendo REAl Glass em bastões e chapas de 10 milímetros de
espessura, estabelecendo uma base para uma produção barata em larga
escala de produtos laminados e em bastão.
"Os produtos de REAl Glass são uma nova família de materiais ópticos",
diz Weber, acrescentando que a CRI já está se reunindo com empresas
para conversar sobre as exigências para aplicações de laser, janela
infravermelha e outras aplicações ópticas, e fornecendo produtos
acabados ou licenciando o material para utilização.
"A tecnologia REAl Glass combina as propriedades de materiais
concorrentes em um material", diz Winslow Sargeant, executivo da
NSF. "Com esses vidros os pesquisadores podem criar equipamentos
de laser menores, devido à densidade de alta potência alcançada, e
fornecer pequenos dispositivos de alta largura de banda para aplicações
do emergente mercado de telecomunicações fibra-para-a-casa (fiber-to-the-home,
ou FTTH)."
Como o vidro pode incorporar diversos elementos de terras-raras em sua
estrutura, a CRI pode produzir os vidros para oferecer propriedades
específicas, como sintonizar um laser através de vários
comprimentos de ondas. A capacidade de sintonizar o comprimento de
onda da luz pode ter importantes implicações para os lasers usados
em procedimentos odontológicos e cirúrgicos, oferecendo maior
controle em operações que envolvem modelagem ou cauterização da
pele.
O Departamento de Pesquisa Científica da Força Aérea dos Estados
Unidos está apoiando a pesquisa da CRI em aplicações, incluindo
materiais para miras de onda infravermelha e sensores necessários
para identificar substâncias químicas. A CRI também está
continuando a pesquisa básica de líquidos óxidos frágeis, que
segundo ela ainda oferece um grande potencial para gerar novos
materiais e, em última instância, dispositivos ópticos.
