Az új fényátalakító anyag új lehetőségeket teremt az érzékelők és az autonóm járművek számára
Egy új tanulmány szerint a tudósok olyan kompozit anyagot fejlesztettek ki, amely képes az alacsony energiájú fényt nagy energiájú fénnyé átalakítani.
A fényenergia mindenhol megtalálható, és különféle alkalmazásokhoz hasznosítható, mint például az éjjellátó technológia, a napelemek, az orvosbiológiai képalkotás és a szenzorok. Az alacsony energiájú fény átalakítása nagyenergiájúvá sok ilyen technológia esetében kulcsfontosságú.
A létező módszerek némelyike magában foglalja az infravörös fényt, a látható vagy ultraibolya fényt, az alacsony energiájú fotonokat elnyelő és nagyobb energiájú fotonokként újrakibocsátó kvantumpontokat, a fény frekvenciáját megkétszerező frekvencia-duplázó kristályokat és fotovoltaikus elemeket (vagy napelemek), amelyek a napfényt elektromos árammá alakítják.
A tudósok most egy új technológiával egészítették ki ezt a listát: egy új anyagosztállyal, amely az alacsony energiájú fényt nagy energiájú fénnyé alakítja.
A kutatócsoportban az austini Texasi Egyetem, a California Riverside Egyetem, a Colorado Boulder Egyetem és a Utah Egyetem tudósai vettek részt, akik évek óta dolgoznak e technológia fejlesztésén.
A csapat szervetlen és szerves anyagok felhasználásával kompozit anyagot fejlesztett ki. A szervetlen anyaghoz a csapat ultra-kis szilícium nanorészecskéket, a szerves anyaghoz pedig antracént használt.
Az antracén egyedülálló tulajdonságokkal rendelkezik a fosszilis tüzelőanyagokban, például a kőolajban és a szénben. Fluoreszkáló, vagyis adott hullámhosszon képes elnyelni a fényt, és hosszabb hullámhosszokon újra kibocsátani, így alkalmas jelölt erre a technológiára.
A csapat elektromosan vezető hidakat fejlesztett ki az elektronok szállítására a szerves antracén és a szervetlen szilícium nanorészecskék között. A kompozit hatékonyan szállítja az elektronokat a szerves és szervetlen komponensek között, a híd pedig elősegíti a folyamatot azáltal, hogy erős kémiai kötést biztosít a két rész között, és növeli az energiacsere hatékonyságát.
Az anyag képes a hosszú hullámhosszú fotonokat (például a vörös fényt) rövid hullámhosszú kék vagy ultraibolya fotonokká alakítani, ami lehetővé teszi az alkalmazások használatát. A nagyobb hullámhossz alacsonyabb energiát jelent a fizikában, ami azt jelenti, hogy az anyag az alacsony energiájú fényt nagy energiájú fénnyé tudja alakítani.
Az újszerű szerves-szervetlen kompozit anyag számos területen új lehetőségeket nyit meg, mint például az orvosbiológiai képalkotás, az önvezető autók fényérzékelői, a hatékony napelemek, a jobb éjjellátó szemüveg és a fényalapú 3D nyomtatás.
Egy sajtóközleményben Sean Roberts, a tanulmány társszerzője az austini Texasi Egyetemről azt mondta: „Ez a folyamat teljesen új módszert kínál az anyagok tervezésére. Lehetővé teszi számunkra, hogy két rendkívül különböző anyagot, szilícium és szerves molekulákat vegyünk fel, és elég erősen összekössük őket ahhoz, hogy ne csak egy keveréket hozzunk létre, hanem egy teljesen új hibrid anyagot, amelyek tulajdonságai teljesen eltérnek a két komponenstől.”
Hozzátette: „Ez a koncepció képes lehet olyan rendszereket létrehozni, amelyek érzékelik a közeli infravörös sugárzást. Ez hasznos lehet autonóm járművek, érzékelők és éjjellátó rendszerek esetében.”
A legfontosabb, hogy az alacsony energiájú fényt magasabb energiájú fénnyé lehet átalakítani, ami növelheti a napelemek hatékonyságát azáltal, hogy befogja a közeli infravörös fényt, amely egyébként áthaladna rajta. A technológia optimalizálása a napelemek méretének 30%-os csökkenését eredményezheti.
Forrás: interestingengineering.com