01:56 2023-01-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Materialul solid care „convertiază” fotonii de lumină vizibilă în fotoni de lumină UV ar putea schimba modul în care folosim lumina soarelui
_ Material solid care „ Fotonii de lumină vizibilă ai convertiților în fotoni de lumină UV ar putea schimba modul în care folosim lumina soarelui
Importanța energiei solare ca resursă de energie regenerabilă este în creștere. Lumina solară conține lumină UV de mare energie, cu o lungime de undă mai mică de 400 nm, care poate fi utilizată pe scară largă, de exemplu, pentru fotopolimerizare pentru a forma o rășină și activarea fotocatalizatorilor pentru a conduce reacții care generează hidrogen verde sau hidrocarburi utile (combustibili, zaharuri, olefine). , etc.). Ultima dintre acestea este adesea numită „fotosinteză artificială”. Reacția fotocatalitică prin lumina UV pentru a ucide eficient virușii și bacteriile este o altă aplicație importantă. Din păcate, doar aproximativ 4% din lumina solară terestră se încadrează în domeniul UV în spectrul electromagnetic. Acest lucru lasă o mare parte din spectrul luminii solare neexploatat în aceste scopuri.
Conversia fotonică (UC) ar putea fi cheia pentru rezolvarea acestei probleme. Este procesul de conversie a fotonilor cu lungime de undă lungă și cu energie scăzută (cum ar fi cei prezenți în lumina vizibilă) în fotoni cu lungime de undă scurtă și cu energie înaltă (cum ar fi cei prezenți în lumina UV) printr-un proces numit „anihilare triplet-triplet. " (TTA). Lucrările anterioare în acest domeniu au raportat UC vizibil la UV folosind soluții de solvenți organici care au necesitat ca soluția să fie mai întâi dezoxigenată și apoi sigilată într-un recipient etanș pentru a preveni expunerea la oxigen care a dezactivat și degradat probele de fotoni UC pe bază de TTA. Aceste materiale nu numai că nu aveau fotostabilitate în prezența oxigenului, dar nici nu au funcționat eficient cu lumina incidentă cu intensitatea luminii solare. Aceste probleme au prezentat obstacole în aplicațiile practice ale fotonului UC.
Acum, doi oameni de știință de la Tokyo Tech—Prof. Yoichi Murakami și studentul său absolvent Riku Enomoto — au găsit o soluție pentru aceste probleme — o peliculă solidă revoluționară care poate realiza UC foton vizibil la UV pentru lumină incidentă slabă, rămânând în același timp fotostabili pentru o perioadă de timp fără precedent în aer. Ei descriu această invenție revoluționară în lucrarea lor publicată în Journal of Materials Chemistry C.
Prof. Murakami explică noutatea cercetării lor: „Invenția noastră va permite utilizarea practică a părții vizibile a luminii de intensitate scăzută, cum ar fi lumina soarelui și lumina cu LED-uri din cameră, pentru aplicații care sunt realizate în mod eficient cu lumină UV. Și fotostabilitatea acesteia – demonstrată pentru să fie de cel puțin peste 100 de ore, chiar și în prezența aerului - este cea mai mare raportată vreodată în orice material fotonic UC bazat pe TTA, indiferent de forma materialului, atâta timp cât am putea sonda."
În pe lângă această fotostabilitate record, aceste filme au avut un prag de excitație ultrascăzut (doar 0,3x intensitatea soarelui) și un randament cuantic UC ridicat de 4,3% (eficiență de emisie UC normalizată de 8,6%) - ambele în prezența aerului - făcând acest material unic, deoarece majoritatea materialelor din această clasă își pierd capacitatea fotonului UC atunci când sunt expuse la aer.
Pentru a pregăti acest material, cercetătorii au topit împreună un sensibilizator (adică, un cromofor molecular care poate absorbi lungimi de undă mai lungi). fotoni) cu o cantitate mult mai mare a unui anihilator (adică, moleculă organică care a primit energia excitată de tripletă de la sensibilizator și apoi a provocat procesul TTA); combinația dintre sensibilizator și anihilator a fost selectată de cercetători. Această topitură bicomponentă a fost apoi răcită pe o suprafață controlată de gradient de temperatură pentru a forma o peliculă subțire UC de foton vizibil la UV în stare solidă.
Această tehnică nouă – solidificarea cu gradient de temperatură – este foarte controlabilă și reproductibilă, ceea ce înseamnă că este compatibilă cu procesele industriale realiste. Prof. Murakami ne spune: „Credem că solidificarea controlată la temperatură poate oferi o bază solidă pentru dezvoltarea de filme UC fotonice avansate, de asemenea, pe un substrat solid, fără a utiliza solvenți organici, așa cum a demonstrat pentru prima dată prin această lucrare. /p>
În cele din urmă, pentru a demonstra UC fotonului vizibil la UV al filmului subțire, cercetătorii l-au folosit cu o lumină solară simulată de 1 intensitate solară constând doar din lumină vizibilă pentru a vindeca și solidifica cu succes o rășină care ar altfel necesită lumină UV pentru același proces.
Acest studiu a prezentat, pentru prima dată, o nouă clasă de solide UC cu o fotostabilitate fără precedent, care poate fi utilizată în mod realist pentru conversia ascendentă a fotonilor de lumină vizibilă de intensitate scăzută. în fotoni de lumină UV în prezența aerului.
„Cercetarea noastră nu numai că va extinde explorarea unei noi clase de materiale generatoare de lumină UV, dar va ajuta și la extinderea substanțială a utilității abundentelor slabe. lumină vizibilă către ds aplicații care sunt conduse de lumina UV”, conchide prof. Murakami.
Comentarii:
Adauga Comentariu