کریستال‌های آلی محلول جامد در جست‌وجوی مواد تبدیل فوتون برتر قرار گرفته‌اند، که نور با طول موج بلند فعلی را به نور با طول موج کوتاه‌تر مفیدتر تبدیل می‌کند.
دانشمندان مؤسسه فناوری توکیو با استفاده از مولکولی که در اصل برای LED های آلی ساخته شده بود، رویکرد موادی را که قبلاً بی‌درخشش تلقی می‌شد، مجدداً بررسی کردند و عملکرد و کارایی فوق‌العاده‌ای داشتند. یافته‌های آنها راه را برای بسیاری از فناوری‌های جدید فوتونیکی، مانند سلول‌های خورشیدی بهتر و فوتوکاتالیست‌های تولید هیدروژن و هیدروکربن، هموار می‌کند.
نور منبع قدرتمندی از انرژی است که اگر به درستی از آن استفاده شود، می‌تواند برای انجام واکنش‌های شیمیایی سرسخت، تولید الکتریسیته و راه‌اندازی دستگاه‌های اپتوالکترونیکی مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، در بسیاری از کاربردها، نمی توان از تمام طول موج های نور استفاده کرد. این به این دلیل است که انرژی هر فوتون با طول موج آن نسبت معکوس دارد و فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی تنها زمانی توسط نور آغاز می‌شوند که انرژی ارائه شده توسط فوتون‌های منفرد از آستانه خاصی فراتر رود.
این بدان معناست که دستگاه‌هایی مانند سلول‌های خورشیدی نمی‌توانند از تمام رنگ‌های موجود در نور خورشید بهره‌مند شوند، زیرا این نور از ترکیبی از فوتون‌ها با انرژی‌های بالا و پایین تشکیل شده است. دانشمندان در سرتاسر جهان به طور فعال در حال کاوش در موادی هستند تا به تبدیل فوتونPUC پی ببرند، که بوسیله آن فوتون‌هایی با انرژی‌های پایین‌تر (طول موج‌های طولانی‌تر) گرفته شده و دوباره به صورت فوتون‌هایی با انرژی بالاتر (طول موج‌های کوتاه‌تر) گسیل می‌شوند. یکی از راه‌های امیدوارکننده برای درک این موضوع، نابودی سه‌گانه-سه‌گانه TTA است. این فرآیند به ترکیب یک ماده حساس کننده و یک ماده نابود کننده نیاز دارد. حساس کننده فوتون های کم انرژی (نور با طول موج بلند) را جذب می کند و انرژی برانگیخته خود را به نابودگر منتقل می کند، که در نتیجه TTA فوتون های انرژی بالاتر (نور با طول موج کوتاه تر) را ساطع می کند
پیدا کردن مواد جامد خوب برای PUC برای مدت طولانی ثابت شده است که چالش برانگیز است. اگرچه نمونه‌های مایع می‌توانند بازده نسبتاً بالایی PUC داشته باشند، کار با مایعات، به‌ویژه آن‌هایی که حاوی حلال‌های آلی هستند، ذاتاً در بسیاری از کاربردها پرخطر و دست و پا گیر هستند. با این حال، آزمایش‌های قبلی برای ایجاد جامدات PUC عموماً از کیفیت پایین کریستال و حوزه‌های کریستالی کوچک رنج می‌بردند که منجر به مسافت‌های کوتاه سفر در حالت‌های سه‌گانه برانگیخته و در نتیجه راندمان PUC پایین می‌شود. علاوه بر این، در بسیاری از نمونه‌های جامد PUC قبلی، پایداری تحت تابش نوری مداوم مورد آزمایش قرار نگرفت و داده‌های تجربی اغلب در اتمسفر گاز بی‌اثر به‌دست آمد. از این رو، راندمان پایین و پایداری ناکافی مواد برای مدت طولانی مورد نگرانی بوده است.
اکنون، در یک مطالعه اخیر به رهبری دانشیار یویچی موراکامی از توکیو تک، ژاپن، تیمی از محققان پاسخ این چالش را یافته اند. مقاله آنها (دسترسی آزاد) که در Materials Horizon منتشر شده است، چگونگی تمرکز آنها بر کریستال های واندروالس، یک کلاس مواد کلاسیک که برای جست و جوی جامدات PUC با راندمان بالا در نظر گرفته نشده است، شرح می دهد. پس از کشف اینکه 9-(2-نفتیل)-10-[4-(1-نفتیل) فنیل]آنتراسن ANNP، یک مولکول هیدروکربنی که در اصل برای ال ای دی های آلی آبی ساخته شده بود، یک نابود کننده عالی برای تجسم مفهوم آنها بود، آنها سعی کردند مخلوط کنند. آن را با اکتاتیل پورفیرین پلاتین PtOEP، یک حساس کننده اصلی که نور سبز را جذب می کند.
این تیم دریافت که با استفاده از فاز کریستالی محلول جامد واندروالس با نسبت به اندازه کافی کم از PtOEP به ANNPحدود 1:50000 می توان از تجمع مولکول های حساس کننده به طور کامل جلوگیری کرد. آنها به توصیف کامل کریستال‌های به‌دست‌آمده پرداختند و بینشی در مورد اینکه چرا با استفاده از نابودگر ANNP از تجمع حساس‌کننده جلوگیری می‌کند، در حالی که سایر نابودکننده‌های موجود در مطالعات قبلی این کار را انجام نداده‌اند، دست یافتند. علاوه بر این، کریستال‌های جامدی که این تیم تولید کردند بسیار پایدار بودند و عملکرد فوق‌العاده‌ای از خود نشان دادند، همانطور که دکتر موراکامی اظهار می‌کند: «نتایج آزمایش‌های ما با استفاده از نور خورشید شبیه‌سازی‌شده نشان می‌دهد که دیگر به اپتیک‌های متمرکز خورشیدی مانند لنزها برای تبدیل مؤثر نور خورشید زمینی نیازی نیست».
به طور کلی، این مطالعه کریستال‌های واندروالس را به عنوان روشی موثر برای ایجاد مواد جامد برجسته با استفاده از نابودگرهای هیدروکربنی همه کاره به بازی PUC بازگرداند. دکتر موراکامی نتیجه‌گیری می‌کند: «اثبات مفهومی که در مقاله‌مان ارائه کردیم، یک جهش فنی به جلو در جستجوی جامدات PUC با کارایی بالا است، که فناوری‌های متنوع فوتونیک را در آینده باز می‌کند.» بیایید امیدوار باشیم که تحقیقات بیشتر در این موضوع به ما امکان می دهد نور را به طور مؤثر به مفیدترین اشکال آن تبدیل کنیم.
های فن تک از شما دعوت می کند نظرات خود را در مورد این مقاله به اشتراک بگذارید