محققان یک ماده ترکیبی ساخته اند که به طور موثر نور کم انرژی را به نور با انرژی بالاتر تبدیل می کند و به طور بالقوه کاربردهای انرژی خورشیدی، تصویربرداری پزشکی و فناوری های دید در شب را متحول می کند.
گروهی از دانشمندان و مهندسان شامل محققان دانشگاه تگزاس در آستین، دسته جدیدی از مواد را ایجاد کرده اند که می توانند نور کم انرژی را جذب کرده و آن را به نور با انرژی بالاتر تبدیل کنند. این ماده جدید از نانوذرات سیلیکونی بسیار کوچک و مولکول‌های آلی تشکیل شده است که ارتباط نزدیکی با مواد به کار رفته در تلویزیون‌های OLED دارد. این کامپوزیت جدید به‌طور مؤثر  الکترون‌ها را بین اجزای آلی و معدنی خود جابه‌جا می‌کند و کاربردهایی برای پانل‌های خورشیدی کارآمدتر، تصویربرداری پزشکی دقیق‌تر و ساخت عینک‌های دید در شب بهتر دارد.
این ماده در مقاله جدیدی که 12 ژوئن در Nature Chemistry منتشر شده ، توضیح داده شده است.
شان رابرتز، دانشیار شیمی در دانشگاه تگزاس در آستین، می گوید: «این فرآیند به ما یک روش کاملاً جدید برای طراحی مواد ارائه می دهد. این فرآیند به ما امکان می‌دهد دو ماده بسیار متفاوت، یعنی سیلیکون و مولکول‌های آلی را برداریم و آن‌ها را به‌قدری قوی به هم پیوند بدهیم که نه فقط یک مخلوط، بلکه یک ماده ترکیبی کاملاً جدید با خواص کاملاً متمایز از هر یک از دو جزء آن ایجاد کنیم.»
کامپوزیت ها از دو یا چند جزء تشکیل شده اند که وقتی با هم ترکیب می شوند خواص منحصر به فردی دارند. به عنوان مثال، کامپوزیت های الیاف کربن و رزین ها به عنوان موادی سبک وزن برای بال های هواپیما، اتومبیل های مسابقه ای و بسیاری از محصولات ورزشی استفاده می شوند. در مقاله ای که توسط رابرتز نوشته شده است، اجزای معدنی و آلی با یکدیگر ترکیب شده اند تا تعامل منحصر به فردی را با نور نشان دهند.

از جمله این ویژگی‌ها، می توان به توانایی تبدیل فوتون‌های با طول موج بلند (نوعی که در نور قرمز یافت می‌شود، و تمایل دارد به خوبی از میان بافت، مه و مایعات عبور کند) به فوتون‌های آبی یا فرابنفش با طول موج کوتاه که معمولا حسگرها را می‌سازند یا باعث تولید طیف وسیعی از واکنش های شیمیایی می شوند، اشاره کرد. این بدان معناست که این ماده می‌تواند در فناوری‌های جدید مانند تصویربرداری زیستی، چاپ سه بعدی مبتنی بر نور و حسگرهای نوری که می‌توانند برای کمک به اتومبیل های خودران در مه استفاده شوند، مفید باشد.
رابرتز می گوید: "این مفهوم ممکن است قادر به ایجاد سیستم هایی باشد که می توان در *فروسرخِ نزدیک دید. این یعنی می تواند برای اتومبیل های خودران، حسگرها و سیستم های دید در شب مفید واقع شود."
(*فروسرخِ نزدیک :همانطور که از نور مرئی به سمت نورهای با طول موج بلندتر حرکت می‌کنیم، وارد منطقۀ فروسرخ نزدیک می‌شویم)
استفاده از نور کم انرژی و تبدیل آن به انرژی بالاتر نیز می تواند به طور بالقوه به افزایش کارایی سلول های خورشیدی کمک کند و به آنها اجازه دهد تا نور فروسرخ نزدیک را که به طورمعمول از آنها عبور می کند، جذب کنند. هنگامی که این فناوری بهینه شود، جذب نور کم انرژی می تواند اندازه پنل های خورشیدی را تا 30 درصد کاهش دهد.
اعضای این تیم تحقیقاتی که شامل دانشمندانی از دانشگاه کالیفرنیا ریورساید، دانشگاه کلرادو بولدر و دانشگاه یوتا هستند ، چندین سال است که روی این نوع از تبدیل نور کار می‌کنند. در مقاله قبلی، آنها اتصال موفقیت آمیز آنتراسن، یک مولکول آلی که می تواند نور آبی را ساطع کند، با سیلیکون، ماده ای که در پنل های خورشیدی و در بسیاری از نیمه هادی ها استفاده می شود، شرح دادند. این تیم به دنبال تقویت تعامل بین این مواد، روش جدیدی را برای ایجاد پل های رسانای الکتریکی بین نانوکریستال های آنتراسن و سیلیکون توسعه دادند. پیوند شیمیایی قوی به دست آمده، سرعت تبادل انرژی این دو مولکول را افزایش می دهد و بازده تبدیل نور با انرژی کمتر به نور با انرژی بالاتر را در مقایسه با پیشرفت قبلی تیم، تقریباً دو برابر می کند.
مرجع: "تبدیل کارآمد فوتون که با پیوند قوی میان نقاط کوانتومی سیلیکون و آنتراسن فعال می شود" نوشتۀ کفو وانگ، آر. پیتون کالین ، جوزف شوان، جاکوب ام . استرین ، سین ت. رابرتس، لورنزو مانگولینی، جوئل دی. ایوس و مینگ لی تانگ ، 12 ژوئن 2023، شیمی طبیعت.
شماره ثبت مقاله: 10.1038/s41557-023-01225-x
کفو وانگ و مینگ لی تانگ از دانشگاه یوتا، آر پیتون کالین و جوئل دی. ایوس از دانشگاه کلرادو بولدر، جوزف شوان و لورنزو مانگولینی از دانشگاه کالیفرنیا ریورساید و جاکوب ام. استرین از دانشگاه یوتا آستین نیز مشارکت گسترده ای در این تحقیق داشتند. 
این تحقیق توسط بنیاد ملی علوم، * بنیاد Welch ، *بنیاد  W. M. Keck و دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی تامین مالی شده است.
(*بنیاد Welch: مستقر در هیوستون، تگزاس، یکی از قدیمی ترین و بزرگترین منابع مالی خصوصی ایالات متحده برای محققان شیمی است)
(*بنیاد  W. M. Keck: یک بنیاد خیریه آمریکایی است که از تحقیقات علمی، مهندسی و پزشکی در ایالات متحده حمایت می کند)

افراد دارای مهارت در این زمینه

در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .