Sciencemag.cz
Doporučujeme
Sluneční světlo obsahuje vysokoenergetické ultrafialové fotony s vlnovou délkou kratší než 400 nm, které lze využít například k fotopolymeraci za vzniku pryskyřic a aktivaci fotokatalyzátorů chemických reakcí (výroba „zeleného“ vodíku, umělá fotosyntéza a další procesy výroby organických látek paliv apod.). Ultrafialové záření také funguje jako dezinfekce. Z dopadajícího slunečního záření ovšem spadá do této části spektra jen poměrně malý podíl (z druhé strany pro nás naštěstí). Proto se již nějakou dobu vyvíjejí systémy pro konverzi fotonů s delšími vlnovými délkami na záření obsahující vyšší energii (up-conversion).
Jako proces se k tomu využívá mj. tzv. triplet-tripletová anihilace (anihilace tripletů). Nemá to nic společného s anihilací hmoty a antihmoty. Jde o systém více molekul, kdy jeden typ přijme nízkoenergetický foton, přenese ho na druhou molekulu, pak se dvě tyto molekuly spojí a vyzáří foton jediný, ovšem o vyšší energii – součtu energií fotonů předchozích (a podobné scénáře).
Dosud používané materiály/systémy pro tyto konverze byly ale nepříliš výkonné a navíc vyžadovaly speciální podmínky; šlo např. o organická rozpouštědla, která bylo potřeba odkysličit a uchovávat ve vzduchotěsné nádobě, navíc při běžné intenzitě slunečního světla byly málo účinné, a jejich praktické využití bylo proto omezené.
Yoichi Murakami a Riku Enomoto z Tokyo Tech nyní ale vytvořili pevný film, který dokáže provádět fotonovou konverzi z viditelného do UV záření pro slabé dopadající světlo a zároveň zůstává stabilní i na vzduchu.
„Náš vynález umožní praktické využití viditelné části světla o nízké intenzitě, jako je sluneční světlo a LED světlo v místnostech, pro aplikace, které se efektivně provádějí s UV světlem. Stabilita filmu – prokazatelně minimálně více než 100 hodin, a to i v přítomnosti vzduchu – je nejvyšší, jaká kdy byla zaznamenána u materiálu pro fotonovou konverzi na bázi anihilace tripletů,“ uvádí Y. Murakami. Kromě této rekordní fotostability měly připravené filmy také velmi nízký excitační práh (pouze třetina běžné intenzity slunečního záření) a vysoký podíl konverze fotonů na kratší vlnové délky.
Pro přípravu nového materiálu vědci roztavili dohromady senzitizér (molekulu, která dokáže absorbovat fotony o delší vlnové délce) s mnohem větším množstvím anihilátoru (organické molekuly, které přijímají energii excitovanou molekul senzitizéru a poté způsobují vlastní proces). Tato dvousložková tavenina byla následně ochlazena na povrchu s řízeným teplotním gradientem a vytvořila tenkou vrstvu konverzního materiálu, který převáděl viditelné světlo na ultrafialové. Nová technika – tuhnutí s teplotním gradientem – má být vysoce kontrolovatelná a reprodukovatelná, kompatibilní s reálnými průmyslovými procesy.
Nakonec vědci materiál vyzkoušeli: simulované sluneční světlo (o stejné intenzitě, složené ovšem pouze z viditelné části spektra) dokázalo pro konverzi vytvrdit pryskyřici v procesu vyžadujícím ultrafialové záření.
Riku Enomoto et al, Solvent-free temperature gradient melt formation of efficient visible-to-UV photon upconversion organic films with subsolar threshold and over 100 h photostability in air, Journal of Materials Chemistry C (2022). DOI: 10.1039/D2TC04578H
Zdroj: Tokyo Institute of Technology / Phys.org
Čekal bych, že laboratoř, která dokáže vyvíjet takové materiály, bude vybavena pro změření výsledných parametrů a ne že jen zkusí, jestli to zpolymerizuje trochu lepidla.
Protože až teprve po tom měření se dá říct, jak si to stojí třeba v porovnání s UV-A LEDkou napájenou ze solárního panýlku. Tahle kombinace má, v případě běžné LEDky koupené třeba v TME a panýlku z Aliexpressu, účinnost kolem 5 % a to navíc ve velkém rozsahu intenzity osvětlení. Při použití poněkud laboratornějších solárních panýlků a LEDek, vyjde účinnost klidně třeba 15 %. A samozřejmě to má ještě velkou výhodu, že výsledné UV není rozptýlené, ale vychází ze zdroje malých rozměrů.
Kdyby ale ta up-konverze měla rozumnou účinnost a energetický limit v oblasti UV-C, nebo dále, bylo by nakonec zajímavé na tom postavit UV-C LEDku, kde by byl modře svítící čip a konverzní vrstva. Vlastně takovej opak bílé LEDky, kde se modré světlo konvertí na nižší energie. Konvenční UV-C LEDky jsou totiž drahé a mají mizernou účinnost.