Investigadores de la Universidad de Georgia han desarrollado un nuevo material que emite un brillo de infrarrojo cercano de larga duración después de un solo minuto de exposición a la luz solar. Al mezclarlo con pintura, pudieron dibujar una imagen del logo de la universidad cuya luminiscencia solo se puede ver con un dispositivo de visión nocturna. Crédito:Zhengwei Pan / UGA
Los materiales que emiten luz visible después de estar expuestos a la luz solar son comunes y se pueden encontrar en todo, desde letreros de emergencia hasta pegatinas que brillan en la oscuridad. Pero hasta ahora los científicos han tenido poco éxito en la creación de materiales que emiten luz en el rango del infrarrojo cercano, una parte del espectro que solo se puede ver con la ayuda de dispositivos de visión nocturna.
En un artículo recién publicado en la primera edición en línea de la revista Materiales de la naturaleza, sin embargo, Los científicos de la Universidad de Georgia describen un nuevo material que emite un resplandor del infrarrojo cercano después de un minuto de exposición a la luz solar. Autor principal Zhengwei Pan, profesor asociado de física e ingeniería en el Franklin College of Arts and Sciences y la Facultad de Ingeniería, dijo que el material tiene el potencial de revolucionar los diagnósticos médicos, dar a las fuerzas armadas y las fuerzas del orden una fuente "secreta" de iluminación y proporcionar la base para células solares de alta eficiencia.
"Cuando lleva el material a cualquier lugar fuera de un edificio, un minuto de exposición a la luz puede crear una liberación de luz infrarroja cercana de 360 horas, "Pan dijo." También se puede activar con iluminación fluorescente interior, y tiene muchas aplicaciones posibles ".
El material se puede fabricar en nanopartículas que se unen a las células cancerosas, por ejemplo, y los médicos podrían visualizar la ubicación de pequeñas metástasis que de otra manera podrían pasar desapercibidas. Para uso militar y policial, el material se puede moldear en discos de cerámica que sirven como fuente de iluminación que solo pueden ver quienes usan gafas de visión nocturna. Similar, el material puede convertirse en un polvo y mezclarse en una pintura cuya luminiscencia solo es visible para unos pocos elegidos.
Pan de Zhengwei, profesor asociado de física e ingeniería, y el investigador postdoctoral Feng Liu de pie en una habitación oscura, utilizando únicamente sus discos de cerámica recientemente inventados que emiten luz infrarroja cercana como fuente de iluminación. Su material fosforescente también se mezcló con la pintura que se utilizó para crear el logotipo de UGA detrás de ellos. No hay otra fuente de iluminación en la habitación; sin la ayuda de un dispositivo de visión nocturna, la imagen quedaría completamente oscura. (Los parámetros de imagen son automáticos, ISO 200, 3-4 segundos de tiempo de exposición utilizando un monocular de visión nocturna). Crédito:Zhengwei Pan / UGA
El punto de partida para el material de Pan es el ión de cromo trivalente, un conocido emisor de luz infrarroja cercana. Cuando se expone a la luz, sus electrones en el estado fundamental se mueven rápidamente a un estado de mayor energía. A medida que los electrones regresan al estado fundamental, la energía se libera en forma de luz infrarroja cercana. El período de emisión de luz es generalmente corto, normalmente del orden de unos pocos milisegundos. La innovación en el material de Pan, que utiliza una matriz de zinc y gallogermanate para albergar los iones de cromo trivalente, es que su estructura química crea un laberinto de "trampas" que capturan la energía de excitación y la almacenan durante un período prolongado. A medida que la energía almacenada se libera térmicamente de nuevo a los iones de cromo a temperatura ambiente, el compuesto emite luz infrarroja cercana de manera persistente durante un período de hasta dos semanas.
En un proceso que Pan compara con perfeccionar una receta, él y el investigador postdoctoral Feng Liu y el estudiante de doctorado Yi-Ying Lu pasaron tres años desarrollando el material. Las versiones iniciales emitieron luz durante minutos, pero a través de modificaciones en los ingredientes químicos y la preparación, las cantidades adecuadas de temperatura y tiempo de sinterización, pudieron aumentar el resplandor de minutos a días y, por último, semanas.
"Incluso ahora, no creemos haber encontrado el mejor compuesto, ", Dijo Pan." Ajustaremos continuamente los parámetros para que podamos encontrar uno mucho mejor ".
Los investigadores pasaron un año más probando el material, en interiores y exteriores, así como en días soleados, días nublados y días lluviosos, para demostrar su versatilidad. Lo pusieron en agua dulce, agua salada e incluso una solución de lejía corrosiva durante tres meses y no encontraron disminución en el rendimiento.
Además de explorar aplicaciones biomédicas, El equipo de Pan tiene como objetivo usarlo para recolectar, almacenar y convertir energía solar. "Este material tiene una capacidad extraordinaria para capturar y almacenar energía, "Pan dijo, "por lo que esto significa que es un buen candidato para hacer que las células solares sean significativamente más eficientes".
