Forskere opfinder langvarig, nær infrarødt emitterende materiale

Materialer, der udsender synligt lys efter at have været udsat for sollys, er almindelige og kan findes i alt fra nødskiltning til glød-i-mørke klistermærker. Men indtil nu, forskere har haft lidt succes med at skabe materialer, der udsender lys i det nær-infrarøde område, en del af spektret, der kun kan ses ved hjælp af nattesyn.

I et papir, der netop blev offentliggjort i den tidlige onlineudgave af tidsskriftet Naturmaterialer, imidlertid, Forskere fra University of Georgia beskriver et nyt materiale, der udsender et langvarigt, nær-infrarød glød efter et enkelt minuts udsættelse for sollys. Hovedforfatter Zhengwei Pan, lektor i fysik og teknik ved Franklin College of Arts and Sciences og Det Tekniske Fakultet, sagde, at materialet har potentiale til at revolutionere medicinsk diagnostik, give militæret og retshåndhævende myndigheder en "hemmelig" belysningskilde og danne grundlag for yderst effektive solceller.

"Når du bringer materialet overalt uden for en bygning, et minuts eksponering for lys kan skabe en 360-timers frigivelse af nær-infrarødt lys, "Pan sagde." Det kan også aktiveres af indendørs lysstofrør, og det har mange mulige applikationer. "

Materialet kan fremstilles i nanopartikler, der binder sig til kræftceller, for eksempel, og læger kunne visualisere placeringen af ​​små metastaser, der ellers ville gå uopdaget. Til brug for militær og retshåndhævelse, materialet kan formes til keramiske skiver, der fungerer som en kilde til belysning, som kun dem, der har natbriller, kan se. Tilsvarende materialet kan vendes til et pulver og blandes til en maling, hvis luminescens kun er synlig for nogle få udvalgte.

Udgangspunktet for Pans materiale er den trivalente chromion, en velkendt udsender af nær-infrarødt lys. Når det udsættes for lys, dets elektroner ved jordtilstand flytter hurtigt til en tilstand med højere energi. Når elektronerne vender tilbage til grundtilstanden, energi frigives som nær-infrarødt lys. Perioden for lysemission er generelt kort, typisk i størrelsesordenen få millisekunder. Innovationen i Pans materiale, som bruger matrix af zink og gallogermanat til at være vært for de treværdige chromioner, er, at dens kemiske struktur skaber en labyrint af "fælder", der fanger excitationsenergi og opbevarer den i en længere periode. Da den lagrede energi termisk frigives tilbage til chromionerne ved stuetemperatur, forbindelsen udsender vedvarende nær-infrarødt lys over en periode på op til to uger.

I en proces, som Pan ligner at perfektionere en opskrift, han og postdoktorforsker Feng Liu og doktorand Yi-Ying Lu brugte tre år på at udvikle materialet. De første versioner udsendte lys i minutter, men gennem ændringer af de kemiske ingredienser og præparatet - de helt rigtige mængder sintringstemperatur og tid - var de i stand til at øge efterglødningen fra minutter til dage og, ultimativt, uger.

"Selv nu, vi tror ikke, vi har fundet den bedste forbindelse, "Sagde Pan." Vi vil løbende justere parametrene, så vi kan finde en meget bedre. "

Forskerne brugte et ekstra år på at teste materialet - indendørs og udendørs, såvel som på solrige dage, overskyede dage og regnfulde dage - for at bevise dens alsidighed. De lagde det i ferskvand, saltvand og endda en ætsende blegemiddelopløsning i tre måneder og fandt ingen formindskelse i ydeevnen.

Ud over at udforske biomedicinske applikationer, Pans team sigter mod at bruge det til at indsamle, lagre og konvertere solenergi. "Dette materiale har en ekstraordinær evne til at fange og lagre energi, "Pan sagde, "så det betyder, at det er en god kandidat til at gøre solceller betydeligt mere effektive."