Fabricação de fósforo em vidro usando resíduos de vidro para aplicação em iluminação automotiva

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4456 (2023) Citar este artigo

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Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 09 de maio de 2023

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Com o avanço da tecnologia, os requisitos para dispositivos emissores de luz estão aumentando. Vários tipos de tecnologias de embalagem têm sido sugeridos para melhorar o desempenho do diodo emissor de luz (LED). Dentre eles, o fósforo em vidro (PiG) vem chamando a atenção por sua facilidade de fabricação e características facilmente ajustáveis. Como o PiG atrai cada vez mais atenção, pesquisas sobre materiais de vidro também estão sendo conduzidas ativamente. No entanto, os estudos sobre o vidro no campo do fósforo são conduzidos principalmente na fabricação. Apenas alguns estudos sobre reciclagem foram relatados. Assim, o objetivo deste estudo foi reciclar os resíduos de vidro descartados em outros ramos devido a quebras e falhas e utilizá-los para fabricar fósforo em vidro. Resíduos de vidro cilíndricos foram pulverizados em pó com um tamanho médio de 12 μm, misturados com fósforo e sinterizados para renascer como fósforo em vidro para ampliar a rota de reciclagem de resíduos de vidro.

Na era do Net-Zero, os diodos emissores de luz branca (WLEDs) receberam grande atenção no mercado global de LEDs de alta potência1,2,3. Eles são usados ​​principalmente em tecnologias que produzem luz brilhante em campos de luz de fundo, crescimento de plantas e iluminação automotiva4,5,6. Os WLEDs atualmente usados ​​comercialmente estão implementando uma tecnologia que usa uma relação de cores complementares combinando um chip azul InGaN azul com um fósforo de granada de ítrio dopado com cério amarelo (YAG: Ce3+) misturado com resina de silício. No entanto, a resina de silicone geralmente usada para embalagens de fósforo YAG:Ce3+ não é adequada para aplicações de LED de alta potência porque esses polímeros podem ser facilmente danificados pelo calor ou começar a escurecer com o tempo e irradiação UV1. Para substituí-los, vários tipos de tecnologias de embalagem, como cristal único (SC), fósforo cerâmico (CP) e fósforo em vidro (PiG), foram desenvolvidos7,8,9. Entre eles, SC e CP podem levar a melhores propriedades térmicas e ópticas do que outros tipos. No entanto, seu processo de fabricação é complicado, exigindo condições de temperatura muito elevadas10,11. Portanto, o PiG tem atraído muita atenção como uma tecnologia que pode satisfazer condições como alto desempenho de luminescência e baixo custo de fabricação12,13. Além disso, em comparação com outros tipos, o PiG pode ser fabricado combinando vários componentes PiG com a vantagem de controlar facilmente a emissão de PiG14,15,16.

O vidro é usado em vários campos para muitos tipos de produtos, como vidro plano, vidro de garrafa, vidro de LCD e vidro de lâmpada fluorescente no dia a dia devido às suas vantagens como excelentes propriedades ópticas, estabilidade química e baixo custo17,18,19. A reciclagem do vidro é muito importante em termos de economia de recursos, economia de energia e eliminação de resíduos. A reciclagem de resíduos limita o impacto ambiental negativo das atividades industriais humanas, reduzindo a produção de matérias-primas20,21,22. Em geral, os resíduos de vidro são reciclados, classificando o tipo de acordo com a finalidade. No entanto, a maioria dos resíduos de vidro reciclado não tem registro de uso, exceto para fabricação de garrafas e agregados de construção23,24. É necessário desenvolver tecnologias continuamente para aproveitar o vidro residual, que é difícil de reciclar devido à quebra, como matéria-prima para outras aplicações teria que ser processado em alta temperatura e com muita energia25.

Neste estudo, relatamos a fabricação de PiGs utilizando resíduos de vidro que não podem ser aproveitados devido a quebras e defeitos. Os resíduos de vidro, que inicialmente tinham a forma de um cilindro, foram preparados na forma de pó por meio de um processo de moagem grossa/moagem fina. Foi então misturado com um fósforo para preparar PiGs. Os resultados mostraram que os PiGs fabricados a partir de resíduos de vidro podem alcançar qualidade superior aos produtos comerciais. Os PiGs amarelos e âmbar fabricados com resíduos de vidro realizados neste estudo podem ser aplicados em faróis e piscas laterais, respeitando as políticas de redução de carbono e reduzindo o desperdício de recursos.