NUS-kemister har utvecklat en ny klass av kristallina material för att potentiellt skörda nära-infraröd (NIR) strålning.

Icke-linjär optisk process (NLO) beskriver det olinjära beteendet hos ljus när det kommer in i ett lämpligt medium. Denna process har många användningsområden som inkluderar 3-dimensionell (3-D) datalagring, 3D mikrotillverkning, högupplöst bildbehandling och optiskt begränsande tillämpningar. Uppkonverteringsfluorescens är en sådan process där fotoner med lägre energi (vanligtvis två, i en tvåfoton uppkonverteringsprocess) kombineras för att ge en enda foton med högre energi.

Det finns många typer av olinjära material som kan uppvisa sådant optiskt beteende. Luminescerande material som halvledar- eller lantanidnanopartiklar är mer attraktiva jämfört med fluorescerande organiska färgämnen eftersom de förblir stabila när de utsätts för ljus. Dock, processen som krävs för att fästa organiska molekyler på dem är svårare. En ny klass av hybridmaterial som kallas metall-organiska ramverk (MOFs), som är byggd av organiska distansligander och metalljoner eller metallkluster, är ljusstabil och möjliggör enkel vidhäftning av organiska molekyler. Detta gör dem särskilt lämpliga för två-foton uppkonverteringsprocess.

Prof JJ VITTAL och hans forskargrupp från Institutionen för kemi, NUS har utvecklat nya MOF:er som kan omvandla NIR-strålning till synligt ljus i fast tillstånd. De upptäckte att packningsarrangemanget för molekylerna som är ansvariga för ljusuppkonverteringen är avgörande för att bestämma intensiteten av det synliga ljuset som kan sändas ut från det. De med expanderade strukturer som har större tomrum mellan molekyler kan ge högre ljusomvandlingseffektivitet.

Prof Vittal sa, "Utformningen av molekylära fasta ämnen med önskade egenskaper är möjlig från en bättre förståelse av deras intermolekylära interaktioner." Bygger på dessa fynd, forskargruppen utvecklar bättre uppkonverteringsmaterial med högre ljuskonverteringseffektivitet. Dessa material kan potentiellt skörda det infraröda, ultraviolett och synligt ljusspektrum för solcellstillämpningar.