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复合材料将低能波长转换为高能光

2023-6-27 10:58| 发布者: 光执事| 查看: 32489| 评论: 0

摘要: 2023年6月26日消息——加州大学河滨分校(UCR)的研究人员设计了一种复合材料,该材料具有强大的光子上转换能力,可以支持一系列光驱动应用。这种复合材料是由硅量子点和有机分子蒽制成的,蒽用于OLED的发射。蒽的特殊 ...

2023626日消息——加州大学河滨分校(UCR)的研究人员设计了一种复合材料,该材料具有强大的光子上转换能力,可以支持一系列光驱动应用。这种复合材料是由硅量子点和有机分子蒽制成的,蒽用于OLED的发射。蒽的特殊性质使它能够将低能量的光转换成高能量的光。

这种复合材料的应用范围涵盖了治疗癌症和提高光伏发电效率。

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太阳能电池板的效率可以通过加入一种新开发的复合材料来提高。研究人员围绕分子蒽的特性设计了这种复合材料,使低能量波长转化为高能量光。由德州大学奥斯汀分校UT Austin提供。

UCR 实验室由洛伦佐·曼戈利尼教授领导,他帮助发明了制造这些硅纳米颗粒的工艺。团队成员包括德克萨斯大学奥斯汀分校(UT Austin)、科罗拉多大学博尔德分校和犹他大学的研究人员,以及UCR小组。

当有机和无机材料形成混合结构时,材料的不同性质可以产生不寻常的光物理转变。然而,根据研究人员的说法,这些材料之间产生的电子耦合通常很弱,这导致光激发的载流子在空间上定位于点或其表面的分子。

德克萨斯大学奥斯汀分校教授肖恩·罗伯茨说:“我们现在知道如何将两种截然不同的物质结合起来,并将它们牢固地结合在一起,不仅可以形成  一种混合物,还可以创造出一种具有独特性能的全新材料。”

为了制造这种材料,研究人员将一种能将蒽分子与硅量子点共价结合的化学连接剂从碳-碳单键转化为双键。这一步使得与材料的强耦合成为可能,其中激发的载流子在蒽和硅的空间上都离域。

通过推动系统离域,研究人员能够设计出比相应的弱耦合系统具有更高效率(17.2%)和更低阈值强度(0.5 W/cm2)的光子上转换系统。

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一种由硅量子点和有机分子组成的复合材料可以将低能光子转化为高能光子。该研究成果支持包括癌症治疗和生物成像在内的应用。由德州大学奥斯汀分校提供。

通过这项工作,研究人员证明,通过被称为光子上转换的过程,有可能引导一种材料发射出能量高于针对该材料的波长的光。

根据曼格里尼的说法,新设计的材料改进了研究人员之前的尝试,即创造一种在两个不同成分之间有效交换能量的东西。他说:“有很多机会将其用于广泛的领域,但从人类健康的角度来看,最重要的一个可能是癌症。

例如,像紫外线(UV)激光这样的高能光可以用来形成攻击癌症组织的自由基。然而,紫外线不能深入组织,在肿瘤部位附近产生治疗性自由基。相比之下,近红外(NIR)光可以穿透人体深处,但它没有足够的能量来产生杀死癌症的自由基。

通过将低能光转换成高能光的能力,这种新材料可以产生和传递用于治疗肿瘤的自由基。除了高效之外,构成这种新材料基础的硅纳米颗粒是无毒的。

类似的方法可以用来提高太阳能电池的效率,研究人员的材料将允许太阳能电池阵列捕捉近红外光。根据研究人员的说法,当这项技术得到优化时,捕获低能量的光可以将太阳能电池板的尺寸缩小30%

这些电池通常不使用低能量光子,但使用这个系统,你可以。曼格里尼说,我们可以让这些阵列更高效。

该复合材料还可以支持其他应用,包括生物成像、基于光的3D 打印以及自动驾驶汽车的光传感器。

 

 

这项研究发表在《自然化学》( www.doi.org/10.1038/s41557-023-01225-x )杂志上。

 

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