Materialen die zichtbaar licht uitstralen na blootstelling aan zonlicht zijn alledaags en zijn te vinden in alles, van noodsignalisatie tot glow-in-the-dark stickers. Maar tot nu toe, wetenschappers hebben weinig succes gehad met het maken van materialen die licht uitstralen in het nabij-infraroodbereik, een deel van het spectrum dat alleen kan worden gezien met behulp van nachtkijkers.

In een artikel dat zojuist is gepubliceerd in de vroege online-editie van het tijdschrift natuur materialen, echter, Wetenschappers van de Universiteit van Georgia beschrijven een nieuw materiaal dat een langdurige, nabij-infrarode gloed na een enkele minuut blootstelling aan zonlicht. Hoofdauteur Zhengwei Pan, universitair hoofddocent natuurkunde en techniek aan het Franklin College of Arts and Sciences en de Faculteit Ingenieurswetenschappen, zei dat het materiaal de potentie heeft om een ​​revolutie teweeg te brengen in de medische diagnostiek, het leger en de wetshandhavingsinstanties een "geheime" bron van verlichting geven en de basis leggen voor zeer efficiënte zonnecellen.

"Als je het materiaal ergens buiten een gebouw brengt, een minuut blootstelling aan licht kan een 360 uur durende vrijgave van bijna-infrarood licht creëren, "Zei Pan. "Het kan ook worden geactiveerd door TL-verlichting binnenshuis, en het heeft veel mogelijke toepassingen."

Het materiaal kan worden gefabriceerd tot nanodeeltjes die zich binden aan kankercellen, bijvoorbeeld, en artsen konden de locatie van kleine metastasen visualiseren die anders onopgemerkt zouden blijven. Voor militair en wetshandhavingsgebruik, het materiaal kan worden gevormd tot keramische schijven die dienen als een bron van verlichting die alleen degenen die een nachtkijker dragen kunnen zien. evenzo, het materiaal kan worden omgezet in een poeder en gemengd tot een verf waarvan de luminescentie slechts voor een select aantal zichtbaar is.

Het uitgangspunt voor Pan's materiaal is het driewaardige chroomion, een bekende zender van nabij-infrarood licht. Bij blootstelling aan licht, zijn elektronen in de grondtoestand gaan snel naar een hogere energietoestand. Als de elektronen terugkeren naar de grondtoestand, energie komt vrij als nabij-infrarood licht. De periode van lichtemissie is over het algemeen kort, meestal in de orde van enkele milliseconden. De innovatie in Pan's materiaal, die een matrix van zink en gallogermanaat gebruikt om de driewaardige chroomionen op te vangen, is dat de chemische structuur ervan een labyrint van "vallen" creëert die excitatie-energie opvangen en voor een langere periode opslaan. Omdat de opgeslagen energie bij kamertemperatuur thermisch wordt teruggegeven aan de chroomionen, de verbinding straalt aanhoudend bijna-infrarood licht uit gedurende een periode van maximaal twee weken.

In een proces dat Pan vergelijkt met het perfectioneren van een recept, hij en postdoctoraal onderzoeker Feng Liu en promovendus Yi-Ying Lu hebben drie jaar aan het materiaal gewerkt. De eerste versies straalden minutenlang licht uit, maar door aanpassingen aan de chemische ingrediënten en de voorbereiding - precies de juiste hoeveelheden sintertemperatuur en -tijd - waren ze in staat om de nagloeiing van minuten tot dagen te vergroten en, uiteindelijk, weken.

"Zelfs nu, we denken niet dat we de beste verbinding hebben gevonden, "Zei Pan. "We zullen de parameters continu afstemmen, zodat we een veel betere kunnen vinden."

De onderzoekers besteedden een extra jaar aan het testen van het materiaal - binnen en buiten, maar ook op zonnige dagen, bewolkte dagen en regenachtige dagen - om zijn veelzijdigheid te bewijzen. Ze plaatsten het in zoet water, zout water en zelfs een bijtende bleekoplossing gedurende drie maanden en vond geen vermindering van de prestaties.

Naast het verkennen van biomedische toepassingen, Pan's team wil het gebruiken om te verzamelen, zonne-energie opslaan en omzetten. "Dit materiaal heeft een buitengewoon vermogen om energie op te vangen en op te slaan, "Pan zei, "Dus dit betekent dat het een goede kandidaat is om zonnecellen aanzienlijk efficiënter te maken."