Нов материал, трансформиращ светлината създава нови възможности пред сензорите и автономните превозни средства

Светлинната енергия се среща навсякъде и се използва за различни неща, като например технологии за нощно виждане, слънчева енергия, биомедицински изображения и сензори. Преобразуването на нискоенергийната светлина във високоенергийна е от решаващо значение за много от тези технологии.

Някои от съществуващите методологии включват използването на материали за преобразуване на инфрачервената светлина във видима или ултравиолетова (UV) светлина, квантови точки, които поглъщат нискоенергийни фотони и ги излъчват отново като фотони с по-висока енергия, кристали за удвояване на честотата, които удвояват честотата на светлината, и фотоволтаични (или слънчеви) клетки, които преобразуват слънчевата светлина в електричество.

Сега учени добавиха нова технология към този списък: Нов клас материали, които превръщат нискоенергийната светлина във високоенергийна.

Изследователският екип включва учени от Тексаския университет в Остин, Калифорнийския университет в Ривърсайд, Университета в Колорадо и Университета в Юта, които работят по разработването на тази технология от няколко години.

Органично-неорганичен композитен материал

Екипът е разработил композитен материал, използващ неорганични и органични материали. За неорганичния материал екипът използва ултрамалки силициеви наночастици, а за органичния материал – антрацен.

Антраценът има уникални свойства в изкопаемите горива, като петрол и въглища. Той е флуоресцентен, което означава, че може да абсорбира светлина с определена дължина на вълната и да излъчва отново светлина с по-голяма дължина на вълната, което го прави подходящ кандидат за тази технология.

Екипът е разработил електропроводими мостове за пренос на електрони между органичния антрацен и неорганичните силициеви наночастици. Композитът ефективно пренася електроните между органичните и неорганичните компоненти, като мостът улеснява процеса, осигурявайки силна химическа връзка между двете части и повишава ефективността на енергийния обмен.

Материалът може да преобразува фотони с голяма дължина на вълната (например червена светлина) в сини или ултравиолетови фотони с малка дължина на вълната, което дава възможност за различни приложения. По-голямата дължина на вълната означава по-ниска енергия във физиката, което означава, че материалът може да преобразува нискоенергийна светлина във високоенергийна.

Бъдещи приложения

Новият органично-неорганичен композитен материал открива нови възможности в много области, като например биомедицински изображения, светлинни сензори за автономни автомобили, по-ефективни слънчеви панели, по-добри очила за нощно виждане и 3D принтиране на светлинна основа.

В съобщение за пресата Шон Робъртс, съавтор на изследването от Тексаския университет в Остин, заяви:

„Този процес ни дава изцяло нов начин за проектиране на материали. Той ни позволява да вземем две изключително различни вещества – силиций и органични молекули и да ги свържем достатъчно силно, за да създадем не просто смес, а изцяло нов хибриден материал със свойства, които са напълно различни от всеки от двата компонента.“

„Тази концепция може да позволи създаването на системи, които могат да виждат в близката инфрачервена област. Това може да бъде полезно за автономни превозни средства, сензори и системи за нощно виждане.“

добави той

Най-важното е, че способността за трансформиране на нискоенергийната светлина във високоенергийна има потенциала да повиши ефективността на слънчевите клетки, като улавя близката инфрачервена светлина, която иначе би преминала. Оптимизирането на тази технология би могло да доведе до намаляване на размера на соларните панели с 30%.

Резултатите от изследването са публикувани в списание Nature Chemistry.