Створено тришарові наночастинки, здатні перетворювати інфрачервоне світло на синє та УФ-випромінювання.
Пошук ефективних методів перетворення низькоенергетичного випромінювання на більш енергоефективне ведеться вже дуже давно. Існуючі методи трансформації низькоенергетичного випромінювання пов'язані зі складними багатокаскадними перетвореннями, що ґрунтуються на об'єднанні двох або декількох низькоенергетичних фотонів в один фотон з більш високим рівнем енергії.
Новий принцип, запропонований вченими, хоча й реалізує ідею, описану вище, але використовує при цьому зовсім новий оригінальний підхід. Ефективне вирішення питання перетворення енергії фотонів, як зуміли експериментально довести вчені, досягається завдяки простому та витонченому рішенню — застосуванню багатошарової наночастки.
Цікаве енергетичне перетворення досягається завдяки передачі енергії фотозбудження зовнішнього шару, який поглинає інфрачервоне випромінювання до внутрішньої сфери з неодиму, всередині якої міститься сплав з тулію та ітербію. Саме їх атоми і здійснюють зворотне перетворення енергії низькоенергетичного інфрачервоного спектра у високоенергетичне синє та ультрафіолетове випромінювання.
Як це працює
Інноваційна наночастка складається з трьох шарів: зовнішнього покриття з органічного барвника, сферичної оболонки з неодиму та ядраз ітербію та тулію. Всі разом ці шари виявляються здатними провести необхідне перетворення.
Кожен із трьох шарів відповідає за свою унікальну функцію:
Зовнішній шар органічного барвника оптимізований під ефективне поглинання фотонів низькоенергетичного випромінювання інфрачервоного спектру. Це свого роду антена, що збирає фотони та передає їх далі – другому шару наночастинки.
Приймає випромінювання неодимова оболонка, яка виконує роль моста, що транспортує енергію, отриману в шарі барвника вглиб до ядра частинки.
Ядро з тулію та ітербію, що працюють у ньому узгоджено, виконують головну роботу з перетворення енергії. Іони ітербія приймають енергію в ядро і передають її іонам тулію, які мають унікальну властивість поглинати енергію трьох-чотирьох або п'яти низькоенергетичних фотонів одночасно і випромінювати зібрану енергію на рівні одного, більш високоенергетичного фотона синього або УФ-спектру.
Тут виникає закономірне питання: а навіщо, власне, городити город із двох поверхневих шарів неодиму та барвника, а не скористатися можливостями одного ядра з такими унікальними властивостями? Відповідь це питання дає професор Чен: “… Саме собою ядро є неефективним у поглинанні фотонів від зовнішнього джерела. А ось фарбник підходить практично ідеально. Застосування шару неодиму як ”сходинки енергетичних сходів” дозволяє транслювати енергію фотонів від шару барвника до ядра з тулію та ітербію практично без втрат”.
"Наша тришарова частка приблизно в 100 разів більш ефективна при перетворенні світла, ніж аналогічні наночастки, створені в минулому, що дозволяє знайти їй широке практичне застосування..." - каже аспірант Джоссана Дамаско (JossanaDamasco), що відіграла ключову роль у розробці. "Дуже важливо, що такі наночастки можна виробляти у великих кількостях досить простим та дешевим способом".
Створені тришарові наночастки, на думку вчених, — це не лише реальна можливість для більш ефективного перетворення сонячної енергії на електричну. Будучи “обгорнуті” у додатковий захисний шар, такі наночастинки можуть вводитися всередину живих організмів і використовуватися як засіб високоякісної ”зйомки” внутрішніх органів на найглибших рівнях. Їхнє введення до складу чорнила дозволить отримувати унікальні склади для нанесення невидимих міток, що створюють безпрецедентно високий рівень захисту грошових знаків, цінних паперів та документів особливої ваги. Будучи невидимим неозброєним оком при опроміненні низькоенергетичними лазерними імпульсами, такі чорнила світитимуться синім світлом. І підробка таких міток за нинішніх технологічних можливостей буде практично нереальною.
Тришарові наночастки під мікроскопом
Коментуючи значення розробки, професор хімії Харбінського технологічного інституту Гуанінг Чен (Guanying Chen) сказав: "Тришарова структура частинки, що дозволяє передавати енергію ефективно від її поверхні до ядра, яке в результаті перетворення випромінює синій і ультрафіолетовий світло, дозволить подолати деякі з них. ставали наріжним каменем раніше запропонованих технологій”.
Інші наші статті та події
Ви можете допомогти і перевести небагато коштів на розвиток сайту