NUS-chemici hebben een nieuwe klasse kristallijne materialen ontwikkeld om mogelijk nabij-infrarood (NIR) straling te oogsten.

Niet-lineair optisch proces (NLO) beschrijft het niet-lineaire gedrag van licht wanneer het een geschikt medium binnenkomt. Dit proces heeft een breed scala aan toepassingen, waaronder driedimensionale (3D) gegevensopslag, 3D microfabricage, hoge resolutie imaging en optische beperkende toepassingen. Opconversiefluorescentie is zo'n proces waarbij fotonen met lagere energie (meestal twee, in een opconversieproces van twee fotonen) combineren om een ​​enkel foton met hogere energie te geven.

Er zijn veel soorten niet-lineaire materialen die dergelijk optisch gedrag kunnen vertonen. Luminescerende materialen zoals halfgeleider- of lanthanide-nanodeeltjes zijn aantrekkelijker in vergelijking met fluorescerende organische kleurstoffen omdat ze stabiel blijven bij blootstelling aan licht. Echter, het proces dat nodig is om organische moleculen eraan te hechten, is moeilijker. Een nieuwe klasse hybride materialen die bekend staat als metaal-organische raamwerken (MOF's), die is opgebouwd uit organische spacer liganden en metaalionen of metaalclusters, is stabiel tegen licht en zorgt voor een gemakkelijke hechting van organische moleculen. Dit maakt ze bijzonder geschikt voor het opconversieproces van twee fotonen.

Prof JJ VITTAL en zijn onderzoeksteam van de afdeling Chemie, NUS heeft nieuwe MOF's ontwikkeld die in staat zijn om NIR-straling om te zetten in zichtbaar licht in vaste toestand. Ze ontdekten dat de pakkingsrangschikking van de moleculen die verantwoordelijk zijn voor de opwaartse conversie van licht van cruciaal belang is bij het bepalen van de intensiteit van het zichtbare licht dat eruit kan worden uitgestraald. Degenen met geëxpandeerde structuren met grotere holtes tussen moleculen kunnen een hogere lichtconversie-efficiëntie geven.

Prof Vital zei:"Het ontwerp van moleculaire vaste stoffen met gewenste eigenschappen is mogelijk door een beter begrip van hun intermoleculaire interacties." Voortbouwend op deze bevindingen, het onderzoeksteam ontwikkelt betere opconversiematerialen met een hogere lichtconversie-efficiëntie. Deze materialen kunnen mogelijk het infrarood oogsten, ultraviolet en zichtbaar lichtspectrum voor zonneceltoepassingen.