Forskere fra ETH Zürich og Lausanne har gjort generering og transmission af kemisk, fosforescerende og ikke-phosphorescerende lys 10 gange mere effektiv

Når molekyler af fluorescerende farvestof "boer" perfekt sammen, genereres noget helt nyt: en excitationstilstand, fordelt på mange molekyler.
Sådanne kollektive excitationer kan bruges på forskellige måder: for eksempel til organiske solpaneler, i sensorer, til ultrahurtig datatransmission eller i mikroskopi.
I Schweiz har EMPA-forskere sammen med kolleger fra Federal Institutes of Technology i Zürich og Lausanne, Paul Scherrer Institute og IBM Research Zurich i Rüschlikon formået at gøre disse kemiske lysforstærkere ti gange mere effektive end tidligere.
"Det, vi ser i disse tilfælde, er en meget hurtigere energioverførsel end i nogen halvleder," siger Jakob Heier begejstret.
Fysikeren arbejder i Functional Polymers kabinettet i de schweiziske føderale laboratorier for materialevidenskab og teknologi, og den opdagelse, han gjorde sammen med sit team, kunne skabe en sensation inden for mange aktivitetsområder, såsom sensorteknologi, optisk datatransmission eller fremstilling af organiske solceller.
Vi taler om øer af farvestofmolekyler, med en perfekt indre struktur. Blandt eksperter kaldes sådanne strukturer J-aggregater. Selvom de har været kendt i mere end firs år, har de for nylig tiltrukket sig fornyet forskningsmæssig opmærksomhed.
Dette skyldes den særlige interne elektroniske levetid for disse farvestoføer. For at forstå, hvad Jakob Heier og hans kolleger har fundet, er en kort udflugt i farvestoffernes verden nyttig.
Hvis et farvestof skal gløde, skal molekylet først aktiveres, også gennem lys. Optiske blegemidler i vaskemidler absorberer for eksempel UV-lys og udsender blåligt (synligt) lys – derfor lyser hvidt tøj så stærkt i det ultraviolette lys på en natklub.
Det udsendte lys har en lavere energi end de fotoner, der bruges til at aktivere farvestoffet, fordi en del af energien omdannes til vibrationer, altså varme, i farvestofmolekylet.

I Schweiz opdages tegnene på Alzheimers i blodet

Partikler som "antenner" til transmission af energikraft

J-aggregaterne studeret af den schweiziske videnskabsmand og Surendra Anantharaman, en doktorgradskandidat ved EMPA, opfører sig anderledes end individuelle farvestofmolekyler.
På disse molekylære øer er farvestofmolekylerne velordnet og meget tæt på hinanden, som tændstikker i en æske. I denne konstellation "behøver" farvestofmolekylet ikke at lyse, men "kan" videregive sin energi til et nærliggende molekyle.
Sammenlignet med klassiske halvledere lavet af silicium er der dog en afgørende forskel: I en siliciumhalvleder, såsom en solcelle, transporteres excitationsenergien via ladningsbærere, for eksempel elektroner, som "springer" gennem materialet , således at tale.
I J-Aggregates svinger elektronerne dog kun frem og tilbage i farvestofmolekylet og forlader det aldrig. I stedet for elektroner transmitteres kun oscillationer, svarende til dem, der bruges af sende- og modtageantenner i den makroskopiske verden.
Faktisk kan J-Aggregates "transmittere" energi i meget mindre skala, ja, men ekstremt hurtigt og gennem hundredvis af molekyler.

Flydende robotter som... celler til at udforske ekstreme miljøer

Fra 1936 til i dag store tab på grund af "konstruktionsfejl" i systemet

Fænomenet J-Aggregates og deres særlige energitransmission blev opdaget for første gang helt tilbage i 1936 af Edwin E. Jelley i USA og Günter Scheibe i Tyskland.
Men indtil nu var omkring 95 procent af den udstrålede energi tabt og kunne ikke transmitteres. Fejlen var systemets "konstruktionsfejl".
I virkeligheden var molekylerne ikke så perfekt justeret. Og hver gang energipulsen stødte på en af ​​disse defekter på sin rejse gennem J-aggregatet, blev energitransporten afbrudt.
En normal molekylær vibration afsluttede overførslen, noget varme blev genereret, og spillet var slut.

En ny proces vil gøre bomuld flammehæmmende og behagelig

Et farvestof, hvor 60 procent af det indkommende lys genudsendes

Holdet afEMPA, støttet af forskere fraETH Zürich, afEPF af Lausanne, fra PSI og af 'IBM Research Zürich, formået at udvikle en farvesystem, hvori indtil 60 procent lys indgående er genudgivet.
Det betyder også, at indtil 60 procent af energien può overføres uden tab: sammenlignet med tidligere fem procent, dette er en opdagelse af sensationel betydning.
La nøglen til succes sono stat le perfekt konstruerede øer af farvestof, som blev skabt til sidst emulsion af vand og hexylamin.
A 'emulsion det er en blanding af væskedråber i en anden væske: provinsen mælk o mayonnaise de er emulsioner, som alle kender.
Forskerne i Schweiziske føderale laboratorier for materialevidenskab og -teknologi det observerede de ikke nogen emulsion det ville gøre arbejdet.
Det skulle være en såkaldt bikontinuerlig emulsion, hvilket betyder, at suspenderede dråber nel ekstern væske Det behøver de ikke være fjern fra hinanden, men det skal de have kombinere til form strukturer, der ligner strimler.
Kun der det pågældende farvestof danne det ønskede Fejlfri J-aggregater og kan "sende" den absorberede energi su lange afstande uden tab. Det er sådan farvestof molekyler de stiller op i enbikontinuerlig emulsion, svarende til tændstikker i en æske.
Først da er signaloverførslen vellykket.

Fleksible CIGS-solceller: opnået rekordeffektivitet!

Før bikontinuerlige emulsioner var fejl reglen

Studiet, der nu er offentliggjort, nævner også, i god tradition for videnskabelig forskning, de mislykkede forsøg og historien om det vellykkede eksperiment. Når alt kommer til alt, burde kemikere og fysikere rundt om i verden kunne drage fordel af EMPA-teamets ekspertise.
For eksempel var det ikke muligt at krystallisere farvestoffet i form af tynde film på en fast overflade. For mange defekter i krystallerne ødelagde ofte overførslen.
Vandige opløsninger, hvor farvestoffet klumper sig til små dråber, virker heller ikke. Kun bikontinuerlige emulsioner fører til signaltransmission, og kun hvis der er enkelte farvestofmolekyler tilbage i væskefasen, som kan fylde hullerne og lukke hullerne i J-aggregaterne: med andre ord "reparere" defekterne.

Et hidtil uset syntetisk plaster til at forsegle indre sår

Hvilke anvendelser er konkret tænkelige: celler og sensorer?

Forskerne har bestemt stadig et stykke vej igen, før det, de har opnået i en emulsion, kan gøres teknisk brugbart. Men signaltransmission gennem farvestoffer kan trænge ind på mange områder af hverdagen.
For eksempel er det muligt at opfange svagt infrarødt lys ved hjælp af disse farvestoffer og konvertere det til digitale signaler ved hjælp af kvanteprikker – en velsignelse for sensorteknologi og solceller, som burde levere strøm selv i meget stærkt lys .
På grund af deres unikke egenskaber egner J-Aggregates sig også til applikationer i kvantecomputere og optisk datatransmission.
Endelig kunne aggregaterne af farvestoffer, der leder signalet, blive nyttige i diagnostik af levende organismer: infrarødt lys eller termisk stråling trænger dybt ind i menneskeligt væv uden at beskadige celler.
J Aggregates kunne faktisk gøre denne stråling synlig og digitalisere den. Dette kunne i høj grad lette og forbedre højopløsningsmikroskopisk billeddannelse af levende væv og bidrage til kampen mod sygdom.

Det første… bionedbrydelige batteri er allerede en realitet i Schweiz