가시광선 광자를 UV 광자로 '업컨버팅'하는 랜드마크 고체 물질은 우리가 햇빛을 활용하는 방식을 변화시킵니다.

[아름이]

가시광선 광자를 UV 광자로 '업컨버팅'하는 랜드마크 고체 물질은 우리가 햇빛을 활용하는 방식을 변화시킵니다.
날짜:
2023년 1월 30일
원천:
도쿄공업대학
요약:
자외선(UV)은 가시광선보다 광자 에너지가 높기 때문에 더 많은 응용 분야가 있습니다. 연구원들은 이제 햇빛 강도의 가시 광선 광자를 UV 광자로 안정적이고 효율적으로 상향 변환할 수 있는 고체 물질인 뛰어난 혁신을 개발했습니다. 이 UC(광자 상향 변환) 물질은 가시광선을 활용하여 기존에 UV광선이 필요한 반응을 성공적으로 유도하여 전자의 활용 범위를 넓힐 수 있습니다.

신재생에너지원으로서 태양광 발전의 중요성이 높아지고 있습니다. 햇빛은 파장이 400nm 미만인 고에너지 UV 광선을 포함하며, 예를 들어 광중합을 통해 수지를 형성하고 광촉매를 활성화하여 녹색 수소 또는 유용한 탄화수소(연료, 설탕, 올레핀 , 등.). 후자는 종종 "인공 광합성"이라고 합니다. 바이러스와 박테리아를 효율적으로 죽이기 위한 UV 광에 의한 광촉매 반응은 또 다른 중요한 응용 분야입니다. 불행하게도 지구 태양광의 약 4%만이 전자기 스펙트럼의 UV 범위에 속합니다. 이것은 이러한 목적을 위해 사용되지 않은 햇빛 스펙트럼의 많은 부분을 남겨 둡니다.

UC(Photon Upconversion)가 이 문제를 해결하는 열쇠가 될 수 있습니다. "triplet-triplet annihilation"이라는 과정을 통해 장파장 저에너지 광자(예: 가시광선에 존재하는 광자)를 단파장 고에너지 광자(예: UV 광선에 존재하는 광자)로 변환하는 과정입니다. " (TTA). 이 분야의 이전 작업은 TTA 기반 광자 UC 샘플을 비활성화하고 분해하는 산소에 대한 노출을 방지하기 위해 먼저 용액을 탈산소화한 다음 밀폐 용기에 밀봉해야 하는 유기 용매 용액을 사용하여 가시 UV UC를 보고했습니다. 이러한 물질은 산소가 있을 때 광안정성이 부족할 뿐만 아니라 햇빛 강도의 입사광에서도 효과적으로 작동하지 못했습니다. 이러한 문제는 Photon UC의 실제 적용에 장애물이 되었습니다.

이제 Tokyo Tech의 두 과학자인 Yoichi Murakami 교수와 그의 대학원생인 Riku Enomoto는 이러한 문제에 대한 해결책을 내놓았습니다. 공기 중에서 전례 없는 시간 동안 광안정성을 유지하면서 입사광을 유지합니다. 그들은 Journal of Materials Chemistry C에 발표된 논문에서 이 획기적인 발명을 설명합니다 .Murakami 교수는 연구의 참신함을 설명합니다. "우리의 발명은 UV 광으로 효과적으로 수행되는 응용 분야에서 태양광 및 LED 실내 조명과 같은 저강도 광의 가시광선 부분의 실용적인 활용을 가능하게 할 것입니다. 그리고 그 광안정성은 적어도 100시간 이상으로 입증되었습니다. 심지어 공기가 있는 상태에서도 -- 우리가 조사할 수 있는 한, 재료 형태에 관계없이 TTA 기반 광자 UC 재료에서 보고된 것 중 가장 높습니다."

이 기록적인 광안정성 외에도 이 필름은 매우 낮은 여기 임계값(태양 강도의 0.3배)과 4.3%의 높은 UC 양자 수율(8.6%의 정규화된 UC 방출 효율)을 가졌습니다. 이 등급의 대부분의 재료는 공기에 노출되면 광자 UC 능력을 잃기 때문에 이 재료를 종류 중 하나로 만듭니다.

이 물질을 준비하기 위해 연구원들은 감광제(즉, 더 긴 파장의 광자를 흡수할 수 있는 분자 발색단)를 훨씬 더 많은 양의 어닐레이터(즉, 감광제로부터 삼중항 여기 에너지를 받은 다음 유기 분자)와 함께 녹였습니다. TTA 공정); 증감제와 소멸제의 조합은 연구원에 의해 선택되었습니다. 그런 다음 이 2성분 용융물을 온도 구배 제어 표면에서 냉각하여 고체 상태 가시광선-UV 광자 UC 박막을 형성했습니다. 이 새로운 기술인 온도 구배 응고는 고도로 제어 가능하고 재현 가능하므로 실제 산업 프로세스와 호환됩니다. Murakami 교수는 "

마지막으로, 박막의 가시광선-UV 광자 UC를 시연하기 위해 연구원들은 가시광선만으로 구성된 1-태양 강도 시뮬레이션 태양광과 함께 사용하여 수지를 성공적으로 경화하고 고화시켰습니다. 같은 과정.

이 연구는 처음으로 공기 존재 하에서 저강도 가시광선 광자를 UV광 광자로 상향 변환하는 데 현실적으로 사용할 수 있는 전례 없는 광안정성을 가진 새로운 등급의 UC 고체를 제시했습니다. Murakami 교수는 "우리의 연구는 새로운 종류의 UV 광 생성 물질에 대한 탐구를 확장할 뿐만 아니라 풍부한 약한 가시광선의 유용성을 UV 광에 의해 구동되는 응용 분야로 확장하는 데 도움이 될 것"이라고 결론지었습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/