Създадени трислойни наночастици, способни да преобразуват инфрачервената светлина в синя и UV радиация
Търсенето на ефективни методи за преобразуване на нискоенергийна радиация в по-енергийно ефективна радиация продължава от много дълго време. Съществуващите методи за трансформиране на нискоенергийно лъчение са свързани със сложни многоетапни трансформации, базирани на комбинацията от два или повече нискоенергийни фотона в един фотон с по-високо енергийно ниво.
Новият принцип, предложен от учените, въпреки че реализира описаната по-горе идея, използва напълно нов оригинален подход. Ефективно решение на проблема с преобразуването на фотонната енергия, както учените успяха да докажат експериментално, се постига чрез просто и елегантно решение - използването на многослойна наночастица.
Интересното преобразуване на енергия се постига чрез прехвърляне на енергията на фотовъзбуждане на външния слой, който абсорбира инфрачервеното лъчение, към вътрешна неодимова сфера, съдържаща сплав от тулий и итербий. Именно техните атоми преобразуват енергията на нискоенергийния инфрачервен спектър във високоенергийно синьо и ултравиолетово лъчение.
Как работи
Иновативната наночастица се състои от три слоя: външно покритие от органично багрило, сферична обвивка от неодим и ядроот итербий и тулий. Заедно тези слоеве са в състояние да извършат желаната трансформация.
Всеки от трите слоя отговаря за своята собствена уникална функция:
Външният слой от органично багрило е оптимизиран за ефективно поглъщане на фотони от нискоенергийно инфрачервено лъчение. Това е вид антена, която събира фотони и ги предава по-нататък – към втория слой на наночастицата.
Радиацията се приема от неодимова обвивка, която действа като мост, който пренася енергията, получена в слоя багрило, дълбоко в ядрото на частицата.
Ядро от тулий и итербий, работещи съвместно в него, вършат основната работа за преобразуване на енергия. Итербиевите йони приемат енергия в сърцевината и я пренасят към йони на тулий, които имат уникалното свойство да абсорбират енергията на три до четири или пет нискоенергийни фотона едновременно и да излъчват събраната енергия на ниво един високоенергиен син или UV фотон.
Тук възниква естествен въпрос: защо всъщност да ограждаме градина от два повърхностни слоя неодим и багрило, а не да се възползваме от възможностите на едно ядро с такива уникални свойства? Отговорът на този въпрос е даден от професор Чен: „… Само по себе си ядрото е неефективно при абсорбиране на фотони от външен източник. Но боята пасва почти идеално. Използването на неодимов слой като „стъпало на енергийната стълба“ прави възможно предаването на фотонна енергия от багрилния слой към ядрото от тулий и итербий практически без загуба.“
„Нашата трислойна частица е около 100 пъти по-ефективна при преобразуването на светлината от подобни наночастици, създадени в миналото, което й позволява да намери широки практически приложения...“, казва студентката Джосана Дамаско (JossanaDamasco), който изигра ключова роля в развитието. „Много е важно такива наночастици да могат да се произвеждат в големи количества по доста прост и евтин начин.“
Създадените трислойни наночастици, според учените, са не само реална възможност за по-ефективно преобразуване на слънчевата енергия в електрическа. „Обвити“ в допълнителен защитен слой, такива наночастици могат да бъдат въведени в живи организми и използвани като средство за висококачествено „изобразяване“ на вътрешните органи на най-дълбоките нива. Въвеждането им в състава на мастилото ще позволи получаването на уникални композиции за нанасяне на невидими маркировки, които създават безпрецедентно високо ниво на защита на банкноти, ценни книжа и документи от особено значение. Тъй като е невидимо с невъоръжено око, при облъчване с нискоенергийни лазерни импулси такова мастило ще свети в синьо. И фалшифицирането на такива етикети със сегашните технологични възможности ще бъде почти нереалистично.
Трислойни наночастици под микроскоп
Коментирайки значението на разработката, Guanying Chen, професор по химия в Харбинския технологичен институт, каза: „Трислойната структура на частицата, която позволява ефективното прехвърляне на енергия от нейната повърхност към нейното ядро, което излъчва синя и ултравиолетова светлина в резултат на преобразуване, ще преодолее някои от дългогодишните пречки, които са се превърнали в крайъгълен камък на предложените по-рано технологии.“
Други наши статии и събития
Можете да помогнете и да прехвърлите средства за развитието на сайта