Des chercheurs de l'Université de Géorgie ont mis au point un nouveau matériau qui émet une lueur infrarouge proche de longue durée après une seule minute d'exposition au soleil. En le mélangeant avec de la peinture, ils ont pu dessiner une image du logo de l'université dont la luminescence n'est visible qu'avec un appareil de vision nocturne. Crédit :Zhengwei Pan/UGA
Les matériaux qui émettent de la lumière visible après avoir été exposés au soleil sont courants et peuvent être trouvés dans tout, de la signalisation d'urgence aux autocollants phosphorescents. Mais jusqu'à maintenant, les scientifiques ont eu peu de succès à créer des matériaux qui émettent de la lumière dans le proche infrarouge, une partie du spectre qui ne peut être vue qu'à l'aide d'appareils de vision nocturne.
Dans un article qui vient d'être publié dans la première édition en ligne de la revue Matériaux naturels, cependant, Des scientifiques de l'Université de Géorgie décrivent un nouveau matériau qui émet une lueur proche infrarouge après une seule minute d'exposition au soleil. Auteur principal Zhengwei Pan, professeur agrégé de physique et d'ingénierie au Franklin College of Arts and Sciences et à la Faculté d'ingénierie, a déclaré que le matériau a le potentiel de révolutionner les diagnostics médicaux, donner à l'armée et aux forces de l'ordre une source d'éclairage "secrète" et constituer la base de cellules solaires hautement efficaces.
"Lorsque vous apportez le matériel n'importe où à l'extérieur d'un bâtiment, une minute d'exposition à la lumière peut créer une libération de 360 heures de lumière proche infrarouge, " dit Pan. " Il peut aussi être activé par un éclairage fluorescent intérieur, et il a de nombreuses applications possibles."
Le matériau peut être fabriqué en nanoparticules qui se lient aux cellules cancéreuses, par exemple, et les médecins pouvaient visualiser l'emplacement de petites métastases qui, autrement, pourraient passer inaperçues. Pour une utilisation militaire et policière, le matériau peut être façonné en disques en céramique qui servent de source d'éclairage que seuls ceux qui portent des lunettes de vision nocturne peuvent voir. De la même manière, le matériau peut être transformé en poudre et mélangé à une peinture dont la luminescence n'est visible que par quelques privilégiés.
Zhengwei Pan, professeur agrégé de physique et d'ingénierie, et le chercheur postdoctoral Feng Liu se tiennent dans une pièce sombre, en utilisant uniquement leurs disques en céramique récemment inventés qui émettent une lumière proche infrarouge comme source d'éclairage. Leur matériau phosphorescent a également été mélangé à la peinture qui a été utilisée pour créer le logo UGA derrière eux. Il n'y a pas d'autre source d'éclairage dans la pièce; sans l'aide d'un appareil de vision nocturne, l'image serait complètement sombre. (Les paramètres d'imagerie sont automatiques, 200 ISO, 3-4 secondes de temps d'exposition à l'aide d'un monoculaire de vision nocturne). Crédit :Zhengwei Pan/UGA
Le point de départ du matériau de Pan est l'ion chrome trivalent, un émetteur bien connu de lumière proche infrarouge. Lorsqu'il est exposé à la lumière, ses électrons à l'état fondamental passent rapidement à un état d'énergie plus élevé. Lorsque les électrons retournent à l'état fondamental, l'énergie est libérée sous forme de lumière proche infrarouge. La période d'émission lumineuse est généralement courte, généralement de l'ordre de quelques millisecondes. L'innovation dans le matériel de Pan, qui utilise une matrice de zinc et de gallogermanate pour héberger les ions chrome trivalent, est que sa structure chimique crée un labyrinthe de "pièges" qui captent l'énergie d'excitation et la stockent pendant une période prolongée. Comme l'énergie stockée est restituée thermiquement aux ions chrome à température ambiante, le composé émet de manière persistante une lumière proche infrarouge sur une période allant jusqu'à deux semaines.
Dans un processus que Pan compare à perfectionner une recette, lui et le chercheur postdoctoral Feng Liu et le doctorant Yi-Ying Lu ont passé trois ans à développer le matériel. Les versions initiales émettaient de la lumière pendant des minutes, mais grâce à des modifications apportées aux ingrédients chimiques et à la préparation - juste les bonnes quantités de température et de temps de frittage - ils ont pu augmenter la rémanence de quelques minutes à plusieurs jours et, finalement, semaines.
"Même maintenant, nous ne pensons pas avoir trouvé le meilleur composé, " Pan a déclaré. "Nous allons continuellement ajuster les paramètres afin que nous puissions en trouver un bien meilleur."
Les chercheurs ont passé une année supplémentaire à tester le matériau - à l'intérieur et à l'extérieur, ainsi que les jours ensoleillés, jours nuageux et jours de pluie, pour prouver sa polyvalence. Ils l'ont mis en eau douce, l'eau salée et même une solution d'eau de Javel corrosive pendant trois mois et n'ont trouvé aucune diminution des performances.
En plus d'explorer les applications biomédicales, L'équipe de Pan vise à l'utiliser pour collecter, stocker et convertir l'énergie solaire. "Ce matériau a une capacité extraordinaire de capter et de stocker l'énergie, " Pan a dit, "Cela signifie donc que c'est un bon candidat pour rendre les cellules solaires beaucoup plus efficaces."
