Forskare vid University of Georgia har utvecklat ett nytt material som avger ett långvarigt nära-infrarött sken efter en minuts exponering för solljus. Genom att blanda det med färg, de kunde rita en bild av universitetets logotyp vars luminescens bara kan ses med en mörkerseende. Upphovsman:Zhengwei Pan/UGA
Material som avger synligt ljus efter att ha utsatts för solljus är vanligt förekommande och finns i allt från nödskyltar till glöd-i-mörker-klistermärken. Men tills nu, forskare har haft liten framgång med att skapa material som avger ljus i det nära infraröda området, en del av spektrumet som bara kan ses med hjälp av mörkerseende.
I ett papper som just publicerades i tidningens tidiga onlineutgåva Naturmaterial, dock, Forskare från University of Georgia beskriver ett nytt material som avger ett långvarigt, nära-infrarött sken efter en minuts exponering för solljus. Huvudförfattare Zhengwei Pan, docent i fysik och teknik vid Franklin College of Arts and Sciences och fakulteten för teknik, sa att materialet har potential att revolutionera medicinsk diagnostik, ge militären och de brottsbekämpande myndigheterna en "hemlig" belysningskälla och utgöra grunden för mycket effektiva solceller.
"När du tar med materialet någonstans utanför en byggnad, en minuts exponering för ljus kan skapa en 360-timmars frigöring av nära-infrarött ljus, "Pan sa." Det kan också aktiveras av fluorescerande belysning inomhus, och det har många möjliga tillämpningar. "
Materialet kan tillverkas till nanopartiklar som binder till cancerceller, till exempel, och läkare kunde visualisera platsen för små metastaser som annars skulle gå oupptäckta. För militär och brottsbekämpning, materialet kan formas till keramiska skivor som fungerar som en källa till belysning som bara de som har mörkerseende kan se. Liknande, materialet kan förvandlas till ett pulver och blandas till en färg vars luminescens endast är synlig för ett fåtal utvalda.
Zhengwei Pan, docent i fysik och teknik, och postdoktor Feng Liu står i ett mörkt rum, använder endast sina nyligen uppfunna keramiska skivor som avger nära infrarött ljus som en källa till belysning. Deras fosforescerande material blandades också in i färgen som användes för att skapa UGA -logotypen bakom dem. Det finns ingen annan belysningskälla i rummet; utan hjälp av en mörkerseende, bilden skulle vara helt mörk. (Bildparametrar är automatiska, ISO 200, 3-4 sekunder exponeringstid med monokulär nattsyn). Upphovsman:Zhengwei Pan/UGA
Utgångspunkten för Pans material är den trivalenta kromjonen, en välkänd sändare av nära-infrarött ljus. Vid exponering för ljus, dess elektroner i marktillstånd flyttar snabbt till ett högre energiläge. När elektronerna återgår till grundtillståndet, energi frigörs som nära-infrarött ljus. Ljusemissionstiden är i allmänhet kort, typiskt i storleksordningen några millisekunder. Innovationen i Pans material, som använder matris av zink och gallogermanat för att vara värd för de trevärda kromjonerna, är att dess kemiska struktur skapar en labyrint av "fällor" som fångar upp excitationsenergi och lagrar den under en längre period. När den lagrade energin termiskt släpps tillbaka till kromjonerna vid rumstemperatur, föreningen avger ihållande nära-infrarött ljus under en period på upp till två veckor.
I en process som Pan liknar att perfekta ett recept, han och postdoktoren Feng Liu och doktoranden Yi-Ying Lu ägnade tre år åt att utveckla materialet. Initialversioner avgav ljus i minuter, men genom modifieringar av de kemiska ingredienserna och beredningen - precis rätt mängd sintringstemperatur och tid - kunde de öka efterglödet från minuter till dagar och, i sista hand, Veckor.
"Även nu, vi tror inte att vi har hittat den bästa föreningen, "Sa Pan." Vi kommer kontinuerligt att justera parametrarna så att vi kan hitta en mycket bättre. "
Forskarna tillbringade ytterligare ett år med att testa materialet - inomhus och utomhus, liksom på soliga dagar, molniga dagar och regniga dagar - för att bevisa dess mångsidighet. De lade det i sötvatten, saltvatten och till och med en frätande blekmedel i tre månader och fann ingen minskning av prestandan.
Förutom att utforska biomedicinska tillämpningar, Pans team siktar på att använda det för att samla in, lagra och konvertera solenergi. "Detta material har en enastående förmåga att fånga och lagra energi, "Pan sa, "så det här betyder att det är en bra kandidat för att göra solceller betydligt effektivare."
