Приветствуем вас на страницах блога iCover! Сегодня мы расскажем вам о новой простой и доступной в реализации технологии, позволяющей преобразовать энергию фотонов невидимого инфракрасного света в энергию излучения синего и ультрафиолетового спектра. По мнению авторов разработки, их продукт – многослойная наночастица с уникальными рабочими характеристиками, найдет применение в самых разных областях, начиная с возможности создания более эффективных солнечных преобразователей и элементов систем безопасности — и оканчивая биоимиджингом на принципиально новом уровне…
Объединенной группе ученых из Харбинского технологического университета, факультета лазеров, фотоники и биофотоники Университета Буффало, Королевского технологического института в Швеции, Томского государственного университета в России и Массачусетского университета удалось получить новый тип наночастиц, которые способны преобразовывать излучение невидимого инфракрасного спектра в более эффективное высокоэнергетическое излучение, лежащее в пределах синего и ультрафиолетового спектра.
Поиск эффективных методов преобразования низкоэнергетического излучения в более энергоэффективное ведется уже очень давно. Существующие методы трансформации низкоэнергетического излучения связаны со сложными многокаскадными преобразованиями, основывающимися на объединении двух или нескольких низкоэнергетических фотонов в один фотон с более высоким уровнем энергии.
Новый принцип, предложенный учеными хотя и реализует идею, описанную выше, но использует при этом совершенно новый оригинальный подход. Эффективное решение вопроса преобразования энергии фотонов, как сумели экспериментально доказать ученые, достигается благодаря простому и изящному решению — применению многослойной наночастицы.
Интересующее энергетическое преобразование достигается благодаря передачи энергии фотовозбуждения внешнего слоя, который поглощает инфракрасное излучение к внутренней сфере из неодима, внутри которой содержится сплав из тулия и иттербия. Именно их атомы и совершают обратное преобразование энергии низкоэнергетического инфракрасного спектра в высокоэнергетическое синее и ультрафиолетовое излучение.
Инновационная наночастица состоит из трех слоев: внешнего покрытия из органического красителя, сферической оболочки из неодима и ядра из иттербия и тулия. Все вместе эти слои оказываются способны провести нужное преобразование.
Каждый из трех слоев отвечает за свою уникальную функцию:
Внешний слой из органического красителя оптимизирован под эффективное поглощение фотонов низкоэнергетического излучения инфракрасного спектра. Это своего рода антенна, собирающая фотоны и передающая их далее – второму слою наночастицы.
Принимает излучение неодимовая оболочка, которая выполняет роль моста, транспортирующего энергию, полученную в слое красителя вглубь, к ядру частицы.
Ядро из тулия и иттербия, работающих в нем согласованно, проделывают главную работу по преобразованию энергии. Ионы иттербия принимают энергию в ядро и передают ее ионам тулия, которые обладают уникальным свойством поглощать энергию трех-четырех или пяти низкоэнергетических фотонов одновременно и излучать собранную энергию на уровне одного, более высокоэнергетического фотона синего или УФ-спектра.
Здесь возникает закономерный вопрос: а зачем, собственно, городить огород из двух поверхностных слоев неодима и красителя, а не воспользоваться возможностями одного ядра с такими уникальными свойствами? Ответ на этот вопрос дает профессор Чен: “… Само по себе ядро является неэффективным в поглощении фотонов от внешнего источника. А вот краситель подходит практически идеально. Применение слоя неодима в качестве ”ступеньки энергетической лестницы” позволяет транслировать энергию фотонов от слоя красителя к ядру из тулия и иттербия практически без потерь".
"Наша трехслойная частица примерно в 100 раз более эффективна при преобразовании света, чем аналогичные наночастицы, созданные в прошлом, что позволяет найти ей широкое практическое применение …" – говорит аспирант Джоссана Дамаско (Jossana Damasco), сыгравшая ключевую роль в разработке. "Очень важно, что такие наночастицы можно производить в больших количествах достаточно простым и дешевым способом".
Созданные трехслойные наночастицы, по мнению ученых, — это не только реальная возможность для более эффективного преобразования солнечной энергии в электрическую. Будучи “обернуты” в дополнительный защитный слой, такие наночастицы могут вводиться внутрь живых организмов и использоваться в качестве средства высококачественной ”съемки” внутренних органов на самых глубоких уровнях. Их введение в состав чернил позволит получать уникальные составы для нанесения невидимых меток, создающих беспрецедентно высокий уровень защиты денежных знаков, ценных бумаг и документов особой важности. Будучи невидимыми невооруженным глазом при облучении низкоэнергетическими лазерными импульсами такие чернила будут светиться синим светом. И подделка таких меток при нынешних технологических возможностях будет практически нереальной.
Трехслойные наночастицы под микроскопом
Комментируя значение разработки, профессор химии Харбинского технологического института Гуанинг Чен (Guanying Chen) сказал: "Трехслойная структура частицы, позволяющая передавать энергию эффективно от ее поверхности к ядру, которое в результате преобразования испускает синий и ультрафиолетовый свет, позволит преодолеть некоторые из давних препятствий, которые становились краеугольным камнем ранее предложенных технологий".
Финансирование исследований стало возможным благодаря государственным фондам и программам Китая. Результаты исследования были опубликованы в научном онлайн-журнале Nano Letters 21 октября. Руководитель проекта – Пункты Прасад (Paras Prasad), исполнительный директор и заслуженный профессор в области химии, физики, медицины и электротехники в Университете Буффало(UB).
Источник
Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах нашего блога. Мы готовы и дальше делиться с вами самыми свежими новостями, обзорными статьями и другими публикациями и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время было для вас полезным. И, конечно, не забывайте подписываться на наши рубрики.
Другие наши статьи и события
Объединенной группе ученых из Харбинского технологического университета, факультета лазеров, фотоники и биофотоники Университета Буффало, Королевского технологического института в Швеции, Томского государственного университета в России и Массачусетского университета удалось получить новый тип наночастиц, которые способны преобразовывать излучение невидимого инфракрасного спектра в более эффективное высокоэнергетическое излучение, лежащее в пределах синего и ультрафиолетового спектра.
Поиск эффективных методов преобразования низкоэнергетического излучения в более энергоэффективное ведется уже очень давно. Существующие методы трансформации низкоэнергетического излучения связаны со сложными многокаскадными преобразованиями, основывающимися на объединении двух или нескольких низкоэнергетических фотонов в один фотон с более высоким уровнем энергии.
Новый принцип, предложенный учеными хотя и реализует идею, описанную выше, но использует при этом совершенно новый оригинальный подход. Эффективное решение вопроса преобразования энергии фотонов, как сумели экспериментально доказать ученые, достигается благодаря простому и изящному решению — применению многослойной наночастицы.
Интересующее энергетическое преобразование достигается благодаря передачи энергии фотовозбуждения внешнего слоя, который поглощает инфракрасное излучение к внутренней сфере из неодима, внутри которой содержится сплав из тулия и иттербия. Именно их атомы и совершают обратное преобразование энергии низкоэнергетического инфракрасного спектра в высокоэнергетическое синее и ультрафиолетовое излучение.
Как это работает
Инновационная наночастица состоит из трех слоев: внешнего покрытия из органического красителя, сферической оболочки из неодима и ядра из иттербия и тулия. Все вместе эти слои оказываются способны провести нужное преобразование.
Каждый из трех слоев отвечает за свою уникальную функцию:
Внешний слой из органического красителя оптимизирован под эффективное поглощение фотонов низкоэнергетического излучения инфракрасного спектра. Это своего рода антенна, собирающая фотоны и передающая их далее – второму слою наночастицы.
Принимает излучение неодимовая оболочка, которая выполняет роль моста, транспортирующего энергию, полученную в слое красителя вглубь, к ядру частицы.
Ядро из тулия и иттербия, работающих в нем согласованно, проделывают главную работу по преобразованию энергии. Ионы иттербия принимают энергию в ядро и передают ее ионам тулия, которые обладают уникальным свойством поглощать энергию трех-четырех или пяти низкоэнергетических фотонов одновременно и излучать собранную энергию на уровне одного, более высокоэнергетического фотона синего или УФ-спектра.
Здесь возникает закономерный вопрос: а зачем, собственно, городить огород из двух поверхностных слоев неодима и красителя, а не воспользоваться возможностями одного ядра с такими уникальными свойствами? Ответ на этот вопрос дает профессор Чен: “… Само по себе ядро является неэффективным в поглощении фотонов от внешнего источника. А вот краситель подходит практически идеально. Применение слоя неодима в качестве ”ступеньки энергетической лестницы” позволяет транслировать энергию фотонов от слоя красителя к ядру из тулия и иттербия практически без потерь".
"Наша трехслойная частица примерно в 100 раз более эффективна при преобразовании света, чем аналогичные наночастицы, созданные в прошлом, что позволяет найти ей широкое практическое применение …" – говорит аспирант Джоссана Дамаско (Jossana Damasco), сыгравшая ключевую роль в разработке. "Очень важно, что такие наночастицы можно производить в больших количествах достаточно простым и дешевым способом".
Созданные трехслойные наночастицы, по мнению ученых, — это не только реальная возможность для более эффективного преобразования солнечной энергии в электрическую. Будучи “обернуты” в дополнительный защитный слой, такие наночастицы могут вводиться внутрь живых организмов и использоваться в качестве средства высококачественной ”съемки” внутренних органов на самых глубоких уровнях. Их введение в состав чернил позволит получать уникальные составы для нанесения невидимых меток, создающих беспрецедентно высокий уровень защиты денежных знаков, ценных бумаг и документов особой важности. Будучи невидимыми невооруженным глазом при облучении низкоэнергетическими лазерными импульсами такие чернила будут светиться синим светом. И подделка таких меток при нынешних технологических возможностях будет практически нереальной.
Трехслойные наночастицы под микроскопом
Комментируя значение разработки, профессор химии Харбинского технологического института Гуанинг Чен (Guanying Chen) сказал: "Трехслойная структура частицы, позволяющая передавать энергию эффективно от ее поверхности к ядру, которое в результате преобразования испускает синий и ультрафиолетовый свет, позволит преодолеть некоторые из давних препятствий, которые становились краеугольным камнем ранее предложенных технологий".
Финансирование исследований стало возможным благодаря государственным фондам и программам Китая. Результаты исследования были опубликованы в научном онлайн-журнале Nano Letters 21 октября. Руководитель проекта – Пункты Прасад (Paras Prasad), исполнительный директор и заслуженный профессор в области химии, физики, медицины и электротехники в Университете Буффало(UB).
Источник
Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах нашего блога. Мы готовы и дальше делиться с вами самыми свежими новостями, обзорными статьями и другими публикациями и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время было для вас полезным. И, конечно, не забывайте подписываться на наши рубрики.
Другие наши статьи и события
Комментарии (6)
jar_ohty
30.11.2015 16:49Тут либо надмог детектед, либо испорченный телефон. Читая текст, можно подумать, что речь о металлических наночастицах типа core-shell из металлического сплава тулия с иттербием с оболочкой из металлического же неодима, покрытых слоем красителя. На самом деле скорее всего речь идет о многослойных наночастицах какого-то прозрачного диэлектрика (иттрий-алюминиевого граната, ванадата иттрия, какого-нибудь фторида и т.п.), активированного этими самыми РЗЭ в виде небольших (проценты) добавок. Кстати, пара иттербий-тулий как раз типична для антистоксовых люминофоров.
isden
Интересно, а какое именно ИК оно может так преобразовывать? В оригинале тоже сходу не нашел этой инфы.
Если оно в т.н. тепловом диапазоне (средне-/длинноволновая область) — то это, как я понимаю, офигенно круто, можно практически нахаляву получать энергию.
Mrrl
Можно посчитать. «Синий или УФ» — до 450 нм, умножаем на 5 — не более 2250 нм. До теплового диапазона не дотягивает. Более вероятно, что это примерно 1300 нм (250*5 или 450*3).
Mad__Max
Все-равно. 2й закон термодинамики забился в угол от такой наглости и неуважения и недовольно оттуда зарычал на такие безобразия :)
А то того и гляди в следующий раз придумают очередную наночастицу, которая будет аналогично поглощать пяток фотонов теплового ИК спектра и переизлучать в красной области видимого спектра. И усе пипец котенку (с)
FransuaMaryDelone
Второму закону в таком случае можно только посочувствовать: он напрасно претендовал на незамкнутые термодинамические системы и квантовые эффекты, не его это земли.
jar_ohty
Там наверняка ближний ИК в районе 760-850 нм.