Como as inovações de engenharia da Samsung se tornaram um catalisador para o avanço científico e do setor [Entrevista sobre Pontos Quânticos Reais – Parte 2]

“A tecnologia QLED da Samsung desempenhou um papel crucial ao levar os pontos quânticos ao nível de reconhecimento necessário para o Prêmio Nobel de Química” – Taeghwan Hyeon, Universidade Nacional de Seul

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LUIZ ABREU | CDN

07/05/2025 13h39 - Atualizado há 8 horas

Como as inovações de engenharia da Samsung se tornaram um catalisador para o avanço científico e do setor [Entrevista sobre Pontos Quânticos Reais – Parte 2]

Samsung Brasil

Os pontos quânticos estiveram na vanguarda da inovação em telas na última década, oferecendo uma das reproduções de cores mais precisas entre os materiais existentes. Em 2015, a Samsung abriu caminho para a comercialização de pontos quânticos com o lançamento das TVs SUHD – uma inovação que foi além do uso de cádmio (Cd), um metal pesado tradicionalmente utilizado na síntese de pontos quânticos, introduzindo a primeira tecnologia de pontos quânticos sem cádmio do mundo.

O mundo acadêmico tomou conhecimento. A comercialização bem-sucedida de TVs de pontos quânticos sem cádmio não apenas definiu uma nova direção para pesquisa e desenvolvimento, mas também desempenhou um papel fundamental na concessão do Prêmio Nobel de Química de 2023 pela descoberta e síntese de pontos quânticos.

Após a Parte 1, a Samsung Newsroom revela como a Samsung contribuiu para o meio acadêmico por meio de avanços revolucionários na inovação de materiais.
Por que o cádmio foi o ponto de partida para a pesquisa de pontos quânticos?
“Fiquei realmente impressionado com o fato de a Samsung ter conseguido comercializar um produto de tela de pontos quânticos sem cádmio” – Taeghwan Hyeon, Universidade Nacional de Seul

Os pontos quânticos começaram a atrair o interesse científico na década de 1980, quando Aleksey Yekimov, ex-cientista-chefe da Nanocrystals Technology Inc., e Louis E. Brus, professor emérito do Departamento de Química da Universidade de Colúmbia, publicaram suas pesquisas sobre o efeito do confinamento quântico e as propriedades óticas dependentes do tamanho dos pontos quânticos.

O impulso foi acelerado em 1993, quando Moungi Bawendi, professor do Departamento de Química do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), desenvolveu um método confiável para sintetizar pontos quânticos. Em 2001, Taeghwan Hyeon, ilustre professor do Departamento de Engenharia Química e Biológica da Universidade Nacional de Seul (SNU), inventou o “processo de aquecimento”, uma técnica para produzir nanopartículas uniformes sem a necessidade de separação seletiva por tamanho. Em 2004, Hyeon publicou um método de produção em escala na revista acadêmica Nature Materials, uma descoberta amplamente considerada como um potencial divisor de águas no setor.
No entanto, esses esforços não levaram imediatamente à comercialização. Na época, os pontos quânticos dependiam muito do cádmio (Cd) como material principal, uma substância conhecida por ser prejudicial aos seres humanos e designada como material restrito pela Diretiva de Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS) da União Europeia.

“Atualmente, os únicos materiais capazes de produzir pontos quânticos de forma confiável são o seleneto de cádmio (CdSe) e o fosfeto de índio (InP)”, explicou Hyeon. “O seleneto de cádmio, o material de ponto quântico convencional, é um composto de elementos do grupo II e VI, enquanto o fosfeto de índio é formado por elementos do grupo III e V. A síntese de pontos quânticos a partir de elementos dos grupos II e VI é relativamente simples, mas a combinação de elementos dos grupos III e V é quimicamente muito mais complexa.”
O cádmio, um elemento com dois elétrons de valência, forma fortes ligações iônicas¹ com elementos como selênio (Se), enxofre (S) e telúrio (Te), e cada um deles com seis elétrons de valência. Essas combinações resultam em semicondutores estáveis, conhecidos como semicondutores II-VI, materiais que há muito tempo são favorecidos em pesquisas por sua capacidade de produzir nanocristais de alta qualidade mesmo em temperaturas relativamente baixas. Como resultado, o uso de cádmio na síntese de pontos quânticos foi considerado um padrão acadêmico por muitos anos.

Em contrapartida, o índio (In) – uma alternativa ao cádmio com três elétrons de valência – forma ligações covalentes² com elementos como o fósforo (P), que tem cinco elétrons de valência. As ligações covalentes geralmente são menos estáveis do que as ligações iônicas e têm uma natureza direcional, aumentando a probabilidade de defeitos durante a síntese de nanocristais. Essas características tornaram o índio um material desafiador para se trabalhar tanto na pesquisa quanto na produção em massa.

“É difícil obter alta cristalinidade em pontos quânticos feitos de fosfeto de índio”, observou Lee. “É necessário um processo de síntese complexo e exigente para atender aos padrões de qualidade necessários para a comercialização.”

Sem compromisso: da inovação à produção em massa
“Simplesmente não há espaço para concessões quando se trata da segurança do consumidor” – Sanghyun Sohn, Samsung Electronics

A Samsung, no entanto, adotou uma abordagem diferente.

“Pesquisamos e desenvolvemos a tecnologia de pontos quânticos desde 2001”, disse Sanghyun Sohn, diretor do Laboratório de Display Avançado, Visual Display Business da Samsung. “Mas, logo no início, determinamos que o cádmio, que é prejudicial ao corpo humano, não era adequado para comercialização. Embora as regulamentações em alguns países permitam tecnicamente até 100 partes por milhão (ppm) de cádmio em produtos eletrônicos, a Samsung adotou uma política de zero cádmio desde o início. Sem cádmio, sem compromisso – essa foi a nossa estratégia. Simplesmente não há espaço para concessões quando se trata da segurança do consumidor.”

O compromisso de longa data da Samsung com seu princípio de “Sem Compromisso da Segurança” veio à tona em 2014, quando a empresa desenvolveu com sucesso o primeiro material de pontos quânticos sem cádmio do mundo. Para garantir a durabilidade e a qualidade da imagem, a Samsung introduziu uma tecnologia de revestimento protetor de camada tripla que protege as nanopartículas de fosfeto de índio de fatores externos, como oxigênio e luz. No ano seguinte, a Samsung lançou a primeira TV SUHD comercial do mundo com pontos quânticos sem cádmio – uma mudança de paradigma no setor de telas e o ponto culminante dos esforços de pesquisa que começaram no início dos anos 2000.

“Os pontos quânticos à base de fosfeto de índio são inerentemente instáveis e mais difíceis de sintetizar em comparação com seus equivalentes à base de cádmio, alcançando inicialmente apenas cerca de 80% do desempenho dos pontos quânticos à base de cádmio”, disse Sohn. “No entanto, por meio de um processo de desenvolvimento intensivo no Instituto de Tecnologia Avançada Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT) conseguimos aumentar o desempenho para 100% e garantir a confiabilidade por mais de 10 anos.”
Os pontos quânticos encontrados nas QLEDs da Samsung são compostos por três componentes principais: um núcleo, onde a luz é emitida; um invólucro, que protege o núcleo e estabiliza sua estrutura; e um ligante, um revestimento de polímero que aumenta a estabilidade da oxidação fora do invólucro. A essência da tecnologia de pontos quânticos está na integração perfeita desses três elementos, um processo industrial avançado que abrange desde a aquisição e síntese de materiais até a produção em massa e o registro de várias patentes.

“Nenhum dos três componentes – núcleo, casca ou ligante – pode ser negligenciado”, acrescentou Lee. “A tecnologia da Samsung para a síntese de fosfeto de índio é excelente.”

“Desenvolver uma tecnologia no laboratório é um desafio por si só, mas a comercialização exige um nível de esforço totalmente diferente para garantir a estabilidade do produto e a qualidade consistente da cor”, disse Hyeon. “Fiquei realmente impressionado com o fato de a Samsung ter conseguido comercializar um produto de tela de pontos quânticos sem cádmio.”

Definindo o padrão de pontos quânticos
“As tendências de pesquisa na comunidade acadêmica mudaram visivelmente antes e depois do lançamento das TVs de pontos quânticos da Samsung” – Doh Chang Lee, Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia

As propriedades óticas dos pontos quânticos estão sendo aplicadas a uma ampla gama de campos, incluindo células solares, medicina e computação quântica. No entanto, a tela de pontos quânticos continua sendo a aplicação mais ativamente pesquisada e amplamente comercializada até o momento, com a Samsung emergindo como pioneira.

Com base em anos de pesquisa fundamental e na introdução de suas TVs SUHD, a Samsung lançou suas TVs QLED em 2017 e estabeleceu um novo padrão para telas premium. Em 2022, a empresa levou a inovação ainda mais longe com o lançamento das TVs QD-OLED – a primeira tela do mundo a combinar pontos quânticos com uma estrutura OLED.

A QD-OLED é uma tecnologia de tela de última geração que integra pontos quânticos à estrutura auto emissiva da OLED. Essa abordagem permite tempos de resposta mais rápidos, pretos mais profundos e taxas de contraste mais altas. A QD-OLED da Samsung foi premiada como Display do Ano em 2023 pela Society for Information Display (SID), a maior organização do mundo dedicada a tecnologias de display.

“A Samsung não apenas liderou o mercado com suas TVs de pontos quânticos baseadas em fosfeto de índio, mas também continua sendo a única empresa a integrar e comercializar com sucesso pontos quânticos em OLEDs”, disse Sohn. “Ao alavancar nossa liderança na tecnologia de pontos quânticos, continuaremos a liderar o futuro da inovação em displays.”

“As tendências de pesquisa na comunidade acadêmica mudaram visivelmente antes e depois do lançamento das TVs de pontos quânticos da Samsung”, disse Doh Chang Lee, professor do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST). “Desde o lançamento, as discussões têm se concentrado cada vez mais em aplicações práticas, e não nos materiais em si, refletindo o potencial de implementação no mundo real por meio de tecnologias de exibição.”

“Houve muitas tentativas de aplicar pontos quânticos em vários campos, inclusive na fotocatálise”, acrescentou. “Mas esses esforços ainda estão nos estágios iniciais em comparação com seu uso em telas.”

Hyeon também observou que a comercialização bem-sucedida das TVs de pontos quânticos da Samsung ajudou a abrir caminho para que Bawendi, Brus e Yekimov recebessem o Prêmio Nobel de Química de 2023.

“Um dos critérios mais importantes para o Prêmio Nobel é a medida em que uma tecnologia contribuiu para a humanidade por meio da comercialização”, disse ele. “A QLED da Samsung representa uma das conquistas mais significativas em nanotecnologia. Sem sua comercialização, teria sido difícil para os pontos quânticos receberem o reconhecimento do Nobel.”

A visão da Samsung para as telas do futuro
Desde o lançamento de suas TVs QLED, a Samsung acelerou o crescimento da tecnologia de pontos quânticos tanto no setor quanto no meio acadêmico. Quando perguntados sobre o futuro das telas de pontos quânticos, os especialistas compartilharam suas percepções sobre o que está por vir.

“Como uma tecnologia de próxima geração, estamos atualmente explorando pontos quânticos auto emissivos”, disse Sohn. “Até agora, os pontos quânticos dependiam de uma fonte de luz externa para expressar vermelho e verde. No futuro, pretendemos desenvolver pontos quânticos que emitam luz de forma independente por meio da eletroluminescência – produzindo todas as três cores primárias por meio da injeção de energia elétrica. Também estamos trabalhando no desenvolvimento de pontos quânticos azuis.”

“Como os materiais eletroluminescentes possibilitam a redução do tamanho dos componentes do dispositivo, poderemos obter a alta resolução, a eficiência e o brilho necessários para aplicativos de realidade virtual e aumentada”, disse Lee, prevendo uma grande transformação no futuro dos monitores.

“Uma boa tela é aquela que o espectador nem mesmo reconhece como uma tela”, disse Sohn. “O objetivo final é proporcionar uma experiência que pareça indistinguível da realidade. Como líder em inovação de telas de pontos quânticos, continuaremos avançando com orgulho.”

Com sua liderança contínua e visão tecnológica ousada, a Samsung está moldando o futuro das telas e reescrevendo o que é possível com pontos quânticos.

Para saber mais sobre as TVs da marca, fique ligado na Samsung Newsroom Brasil.

¹ Uma ligação iônica é uma ligação química formada quando os elétrons são transferidos entre os átomos, criando íons que são mantidos juntos por atração elétrica.
² Uma ligação covalente é uma ligação química na qual dois átomos compartilham elétrons.

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LUIZ HENRIQUE ABREU NOGUEIRA
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