I ricercatori dell'Università della Georgia hanno sviluppato un nuovo materiale che emette un bagliore vicino all'infrarosso di lunga durata dopo un solo minuto di esposizione alla luce solare. Mescolandolo con la vernice, sono stati in grado di disegnare un'immagine del logo dell'università la cui luminescenza può essere vista solo con un dispositivo di visione notturna. Credito:Zhengwei Pan/UGA
I materiali che emettono luce visibile dopo essere stati esposti alla luce solare sono comuni e possono essere trovati in qualsiasi cosa, dalla segnaletica di emergenza agli adesivi fluorescenti. Ma fino ad ora, gli scienziati hanno avuto scarso successo nella creazione di materiali che emettono luce nel vicino infrarosso, una porzione dello spettro che può essere vista solo con l'ausilio di dispositivi per la visione notturna.
In un articolo appena pubblicato nella prima edizione online della rivista Materiali della natura, però, Gli scienziati dell'Università della Georgia descrivono un nuovo materiale che emette una lunga durata, bagliore del vicino infrarosso dopo un solo minuto di esposizione alla luce solare. L'autore principale Zhengwei Pan, professore associato di fisica e ingegneria presso il Franklin College of Arts and Sciences e la Facoltà di Ingegneria, ha affermato che il materiale ha il potenziale per rivoluzionare la diagnostica medica, fornire ai militari e alle forze dell'ordine una fonte di illuminazione "segreta" e fornire le basi per celle solari altamente efficienti.
"Quando porti il materiale ovunque al di fuori di un edificio, un minuto di esposizione alla luce può creare un rilascio di 360 ore di luce nel vicino infrarosso, " disse Pan. "Può essere attivato anche da luci fluorescenti interne, e ha molte possibili applicazioni."
Il materiale può essere fabbricato in nanoparticelle che si legano alle cellule cancerose, Per esempio, e i medici potrebbero visualizzare la posizione di piccole metastasi che altrimenti potrebbero passare inosservate. Per uso militare e delle forze dell'ordine, il materiale può essere modellato in dischi di ceramica che fungono da fonte di illuminazione che solo chi indossa occhiali per la visione notturna può vedere. Allo stesso modo, il materiale può essere trasformato in polvere e mescolato in una vernice la cui luminescenza è visibile solo a pochi eletti.
Zhengwei Pan, professore associato di fisica e ingegneria, e il ricercatore post-dottorato Feng Liu stanno in una stanza buia, utilizzando solo i loro dischi ceramici di recente invenzione che emettono luce nel vicino infrarosso come fonte di illuminazione. Il loro materiale fosforescente è stato anche mescolato alla vernice utilizzata per creare il logo UGA dietro di loro. Non c'è altra fonte di illuminazione nella stanza; senza l'ausilio di un visore notturno, l'immagine sarebbe completamente scura. (I parametri di imaging sono automatici, ISO200, 3-4 secondi di tempo di esposizione utilizzando un monoculare per la visione notturna). Credito:Zhengwei Pan/UGA
Il punto di partenza per il materiale di Pan è lo ione cromo trivalente, un noto emettitore di luce nel vicino infrarosso. Quando esposto alla luce, i suoi elettroni allo stato fondamentale si spostano rapidamente verso uno stato energetico superiore. Quando gli elettroni ritornano allo stato fondamentale, l'energia viene rilasciata come luce nel vicino infrarosso. Il periodo di emissione della luce è generalmente breve, tipicamente dell'ordine di pochi millisecondi. L'innovazione nel materiale di Pan, che utilizza una matrice di zinco e gallogermanato per ospitare gli ioni di cromo trivalente, è che la sua struttura chimica crea un labirinto di "trappole" che catturano l'energia di eccitazione e la immagazzinano per un lungo periodo. Poiché l'energia immagazzinata viene rilasciata termicamente agli ioni di cromo a temperatura ambiente, il composto emette costantemente luce nel vicino infrarosso per un periodo fino a due settimane.
In un processo che Pan paragona al perfezionamento di una ricetta, lui e il ricercatore post-dottorato Feng Liu e lo studente di dottorato Yi-Ying Lu hanno trascorso tre anni a sviluppare il materiale. Le versioni iniziali emettevano luce per minuti, ma attraverso modifiche agli ingredienti chimici e alla preparazione - le giuste quantità di temperatura e tempo di sinterizzazione - sono stati in grado di aumentare il bagliore da minuti a giorni e, in definitiva, settimane.
"Anche adesso, non pensiamo di aver trovato il miglior composto, " Disse Pan. "Modificheremo continuamente i parametri in modo da poterne trovare uno molto migliore."
I ricercatori hanno trascorso un altro anno a testare il materiale, all'interno e all'esterno, così come nelle giornate di sole, giornate nuvolose e giornate piovose, per dimostrare la sua versatilità. Lo misero in acqua dolce, acqua salata e persino una soluzione di candeggina corrosiva per tre mesi e non ha riscontrato alcuna diminuzione delle prestazioni.
Oltre a esplorare le applicazioni biomediche, Il team di Pan mira a usarlo per raccogliere, immagazzinare e convertire l'energia solare. "Questo materiale ha una straordinaria capacità di catturare e immagazzinare energia, "Pano ha detto, "quindi questo significa che è un buon candidato per rendere le celle solari significativamente più efficienti".
