Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Podczerwień w odpowiedzi na światło widzialne

Recommended Posts

Od wielu lat znamy i wykorzystujemy materiały, które po wystawieniu na światło widzialne, emitują światło widzialne. Teraz naukowcom udało się stworzyć materiał, który emituje światło podczerwone w odpowiedzi na ekspozycję na światło widzialne.

Nowy materiał może zostać wykorzystany w medycynie oraz w wojsku czy policji. Niewykluczone, że posłuży też do stworzenia doskonalszych ogniw słonecznych.

Jeśli wyniesiesz ten materiał poza pomieszczenie, wystarczy 1 minuta działania światła słonecznego, by przez 360 godzin emitował on promieniowanie w bliskiej podczerwieni. Materiał może być też aktywowany przez oświetlenie fluoroscencyjne - mówi profesor Zhengwei Pan.

Z nowego materiału można stworzyć nanocząsteczki, które będą wiązały się z komórkami nowotworowymi i pozwolą lekarzom zauważyć nawet najmniejsze guzy. Można będzie z niego tworzyć np. ceramiczne identyfikatory i przyczepiać do ludzi lub pojazdów, by, dzięki okularom działającym na podczerwień, łatwo odróżnić wroga od sojusznika. Materiał można też zmielić na proszek i zmieszać go z farbą, by w ten sposób zaznaczać obiekty przeznaczone dla wtajemniczonych oczu.

Pan rozpoczął tworzenie swojego materiału od posiadającego trzy powłoki walencyjne jonu chromu. Po ekspozycji na światło jego elektrony szybko przechodzą ze stanu podstawowego na wyższe stany energetyczne. Gdy elektrony powracają do stanu podstawowego, dochodzi do emisji światła w bliskiej podczerwieni. Emisja ta trwa bardzo krótko, zaledwie przez milisekundy.

Innowacja Pena polega na użyciu matrycy z cynku i stopu galu z germanem, w której znajdują się umieszczono jony chromu. Struktura chemiczna matrycy tworzy sieć „pułapek", których zadaniem jest uwięzienie i przechowywanie energii pochodzącej ze wzbudzonych elektronów i przechowywanie jej przez dłuższy czas. Energia ta jest uwalniania w formie termicznej i przekazywana z powrotem do jonów chromu. To powoduje emisję światła w podczerwieni, która trwa niemal przez dwa tygodnie.

Nie sądzimy, byśmy znaleźli idealny materiał. Będziemy dopasowywali jego parametry tak, by poprawić jego właściwości - mówi Pen.

Nowy materiał był testowany przez rok. Sprawdzano, jak sprawuje się w dni słoneczne, pochmurne i deszczowe, zanurzano go na całe miesiące w wodzie słodkiej, słonej i w roztworze wybielającym - nie zanotowano żadnej utraty wydajności.

Share this post


Link to post
Share on other sites

A gdyby tak stworzyć formę pośrednią, oddającą ciepło przez 8-12 godzin, mielibyśmy możliwość stworzenia naprawdę fajnych grzejników akumulacyjnych - ładowanych za dnia, a oddających ciepło w nocy :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie do końca, bo sam kolektor nie przechowuje energii, a jedynie przekazuje ją wodzie. A ja mówię o jednoelementowym urządzeniu, które będzie jednocześnie kolektorem, akumulatorem i grzejnikiem/radiatorem.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wszystko zależy od tego, jaka byłaby wydajność takiego urządzenia i jaka byłaby przepuszczalność cieplna okien.

 

Jeżeli uda się opracować okna, które będą dobrze przepuszczały śwatło widzialne, ale będą dobrą barierą dla podczerwieni (ciepła), to taki grzejnik teoretycznie można by nawet napylić na podłogę (w końcu takie urządzenie nie potrzebowałoby zasilania i mogłoby mieć dowolny kształt). Oczywiście wtedy dochodzi kwestia regulacji i tu widzę problem, ale wszystko musi zacząć się od pomysłu ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Niepokoi mnie niewielka szybkość z jaką to ustrojstwo oddaje energię. Wiem, że między światłem widzialnym a IR jest jakiś rząd wielkości (kwant widzialnego ma 10 razy więcej energii) ale 1minuta do 360 godzin to jakieś 20 000 razy czyli energia wypromieniowana jest jak 1:/2000. Stała słoneczna to ~1,3 KW/m2, w tych założenia mielibyśmy jakieś 0,7W/m2 . Słabo, albo coś mi umyka.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jeśli wyniesiesz ten materiał poza pomieszczenie, wystarczy 1 minuta działania światła słonecznego, by przez 360 godzin emitował on promieniowanie w bliskiej podczerwieni.

 

Ale nie jest powiedziane że jesli wystawisz materiał na 4 godziny to przez równe 10 lat będzie oddawał ciepło, może oddawać niewiele dłużej niż te 15dni ale z mocą odpowiednio większą.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.


  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy opracowali nowy rodzaj bawełny, która samooczyszcza się pod wpływem światła słonecznego. Wygląda więc na to, że kiedy w przyszłości pobrudzimy się na dworze, nie trzeba nawet będzie zdejmować ubrania, bo po upływie niezbyt długiego czasu wszystko (brud i bakterie) samo zniknie. Słowo pranie zmieni znaczenie, bo spodnie, bluzy i swetry nie będą trafiać do wody, ale od razu na sznurki.
      Mingce Long i Deyong Wu, których artykuł ukazał się w piśmie Applied Materials & Interfaces, tłumaczą, że czyszczenie bawełny za pomocą światła widzialnego jest możliwe dzięki zastosowaniu powłoki z kompozytu tlenku tytanu(IV) modyfikowanego azotem (N-TiO2) oraz jodku srebra (AgI).
      Właściwości fizyczne wynalazku przetestowano za pomocą wielu różnych metod, w tym rentgenografii strukturalnej, mikroskopii skaningowej czy rentgenowskiej spektrometrii fotoelektronów XPS. Funkcjonowanie fotokatalityczne materiału (azot był materiałem domieszkującym indukującym fotokatalizę w świetle widzialnym) sprawdzano za pomocą oranżu metylowego.
      Znaczną poprawę właściwości fotokatalitycznych tkaniny AgI–N–TiO2, w porównaniu do bawełny powlekanej tylko tlenkiem tytanu(IV), można przypisać efektowi synergistycznemu AgI oraz N-TiO2 (akademicy tłumaczą, że na styku półprzewodników dochodzi do separacji par elektron-dziura). Aktywność fotokatalityczna bawełny AgI–N–TiO2 utrzymuje się po kilku cyklach "naświetlania". Co więcej, powłoka wytrzymuje zwykłe pranie i suszenie.
      Za pomocą rentgenografii strukturalnej przed i po reakcji ustalono, że jodek srebra jest stabilnym elementem kompozytu. Duet naukowców podkreśla, że już wcześniej wychodzono z propozycjami samoczyszczących się bawełn, ale zawsze wymagało to wystawienia na oddziaływanie promieniowania ultrafioletowego. Long i Wu powlekali tkaninę nanocząstkami kompozytu AgI–N–TiO2. Zademonstrowali, że na słońcu materiał usuwa oranż metylowy.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Międzynarodowa Agencja Energii (IEA) informuje, że w ubiegłym roku emisja dwultenku węgla do atmosfery była rekordowo duża i wyniosła 30,6 gigatony. To o 5% więcej niż w rekordowym dotychczas roku 2008. W 2009 emisja zmniejszyła się z powodu kryzysu gospodarczego.
      Dane te pokazują, że ludzkość, wbrew zapewnieniom i podpisywanym umowom, nie ma zamiaru zmniejszać emisji zanieczyszczeń i aktywnie walczyć z globalnym ociepleniem.
      Znaczący wzrost emisji CO2 oraz prowadzone inwestycje w infrastrukturę, które pokazują, że nie będzie ona zmniejszana, to poważny cios w nasze nadzieje dotyczące spowolnienia globalnego wzrostu temperatury tak, by nie był on większy niż 2 stopnie Celsjusza - mówi doktor Fatih Birol, główny ekonomista IEA.
      Wspomniany wzrost o nie więcej niż 2 stopnie to założenie przyjęte podczas oenzetowskiego szczytu klimatycznego w Cancun w 2010 roku. Udałoby się je osiągnąć, jeśli w długim terminie koncentracja gazów cieplarnianych w atmosferze nie przekroczyłaby 450 części na milion liczonych w ekwiwalencie CO2. A zatem nie mogłaby wzrosnąć o więcej niż 5% w porównaniu z rokiem 2000. Jednak by to osiągnąć w roku 2020 globalna emisja związana z produkcją energii nie może przekroczyć 32 gigaton. Innymi słowy, w ciągu najbliższych 10 lat może ona wzrosnąć mniej, niż w latach 2009-2010. A to, jak widać, jest praktycznie niemożliwe.
      To kolejny dzwonek alarmowy. Znajdujemy się niezwykle blisko granicy, której nie powinniśmy przekroczyć do roku 2020 o ile chcemy uniknąć wzrostu temperatury powyżej 2 stopni Celsjusza - mówi Birol.
      W liczbach bezwzględnych do obecnego wzrostu emisji najbardziej przyczyniają się kraje rozwijające się, jak Chiny i Indie. Co prawda za aż 40% emisji odpowiedzialne są kraje OECD, ale odpowiadają one tylko za 25% wzrostu.
      Jednak z drugiej strony w przeliczeniu na głowę mieszkańca to kraje OECD emitują najwięcej zanieczyszczeń, bo aż 10 ton. Chińska emisja wynosi 5,8 tony, a Indyjska - 1,5 tony.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ostatnie badania NASA dają nadzieję, że w przyszłości uda się przewidywać trzęsienia Ziemi. Już w ubiegłym roku satelita DEMETER zanotował znaczący wzrost sygnałów radiowych o niskiej częstotliwości, który miał miejsce przed trzęsieniem ziemi na Haiti.
      Teraz Dimitar Ouzounov z NASA Goddard Space Flight Centre i jego koledzy zaprezentowali wstępne wyniki z obserwacji Japonii sprzed ostatniego trzęsienia. Obrazy satelitarne pokazują olbrzymi wzrost liczby elektronów w jonosferze nad epicentrum. Szczyt wzrostu miał miejsce na trzy dni przed trzęsieniem. Jednocześnie zauważono wzrost emisji w podczerwieni, którego szczyt przypadł na kilka godzin przed wstrząsem. To pokazuje, że przed trzęsieniem, nad epicentrum wzrosła temperatura atmosfery.
      Obserwacje te wydają się potwierdzać teorię o powiązaniu litosfery, atmosfery i jonosfery, która mówi, że na kilka dni przed trzęsieniem z litosfery uwalniają się olbrzymie ilości radonu. Ten radioaktywny gaz jonizuje powietrze, co z kolei prowadzi do dużej kondensacji wody, której molekuły są przyciągane przez jony. W procesie tym uwalniane jest ciepło, co można zauważyć w podczerwieni.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Uniwersytetu w Manchesterze uzyskali w podczerwieni świetnej jakości zdjęcia amidów ze skóry prehistorycznego gada. Znaleziono ją w obrębie liczących sobie 50 mln lat skał eoceńskiej formacji Green River w Utah w USA. To istotne osiągnięcie, ponieważ poliamidami są np. peptydy i białka.
      Doktorzy Roy Wogelius i Phil Manning posłużyli się najnowszymi technikami obrazowania w podczerwieni, by sporządzić mapę skamieniałej tkanki miękkiej doskonale zachowanego gada. Mapy w podczerwieni połączono z uzyskanymi za pomocą synchrotronu z Uniwersytetu Stanforda mapami przedstawiającymi rozmieszczenie pierwiastków w materiale organicznym sfosylizowanej skóry (akademicy wykorzystali akcelerator jako źródło promieniowania rentgenowskiego).
      Uzyskano na tyle szczegółowe dane chemiczne, że naukowcy byli w stanie odtworzyć proces, który doprowadził do zakonserwowania. Kiedy oryginalne związki ze skóry zaczęły się rozkładać, doszło do utworzenia chemicznych wiązań z metalami śladowymi, a w wyjątkowych okolicznościach metale te działają jak pomosty dla minerałów z osadów. Zjawisko to chroni materiał skórny przed wymyciem i dalszym rozkładem.
      Mapy rozkładu związków organicznych i metali śladowych w skórze sprzed 50 mln lat wyglądają jak mapy skóry współczesnych jaszczurek, które kontrolnie sporządziliśmy. Czasem trudno powiedzieć, co jest skamieniałe, a co świeże. Nowe metody rentgenowskie i z użyciem podczerwieni ujawniają złożone wzorce chemiczne, przeoczane przez dekady przez tradycyjne metody – wyjaśnia geochemik Roy Wogelius.
      A oto triki wykorzystane przez ekipę z Manchesteru. Światło podczerwone wywołuje w skamieniałej skórze wibracje, a naukowcy wpadli na prosty pomysł, jak stworzyć ich mapę. W tym celu nad skamieliną przesuwa się niewielki kryształ, wędrujący od punktu po punktu według wcześniej zaprogramowanej drogi. Tam, gdzie kryształ dotknie skamieniałości, światło odbija się od jego podstawy. Jednak część promienia przechodzi przez kryształ i dociera do badanej skamieliny. Jeśli w danym miejscu będzie znajdował się jakiś składnik organiczny, pochłonie część światła, wywołując możliwe do zmierzenia zmiany w odbitym sygnale. W ten sposób powstaje precyzyjna mapa składników organicznych, uzyskana bez niszczenia badanego obiektu.
      Możność chemicznego analizowania rzadkich i cennych skamieniałości takich jak ta bez konieczności usuwania materiału i niszczenia okazu to ważne i długo oczekiwane rozwiązanie na polu paleontologii – podsumowuje pierwszy autor studium Nick Edwards.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Profesor John Badding i jego zespół z Penn State University stworzyli pierwszy światłowód wykorzystujący selenek cynku. Materiał ten pozwala na bardziej efektywne i swobodne manipulowanie światłem. Wdrożenie nowej technologii umożliwi udoskonalenie laserów, czujników i światłowodów.
      Badding wyjaśnia, że możliwości światłowodów zawsze były ograniczone przez stosowane do ich produkcji szkło krzemionkowe. Szkło ma przypadkowo ułożone atomy. W przeciwieństwie do niego w substancjach krystalicznych, takich jak selenek cynku, atomy są uporządkowane. To pozwala na transport światła o większych długościach fali, szczególnie w średnich zakresach podczerwieni - mówi naukowiec.
      Ponadto, w przeciwieństwie do szkła, selenek cynku jest samoistnym półprzewodnikiem. Od dawna wiemy, że to użyteczny półprzewodnik, który umożliwia takie manipulowanie światłem, na jakie nie można sobie pozwolić w przypadku krzemionki. Problemem jednak było uzyskanie z tego półprzewodnika włókien. Nikomu wcześniej się to nie udało - stwierdza Badding. Jego zespół wykorzystał nowatorską metodę osadzania wysokociśnieniowego, opracowaną przez studenta Justina Sparksa z Wydziału Chemii. Naukowcy osadzili selenek cynku w szklanych rdzeniach światłowodu. Osadzanie wysokociśnieniowe to wyjątkowa technologia, która pozwoliła na uformowanie długich, cienkich rdzeni z włókien selenku cynku - podkreślił profesor Badding.
      Testy przeprowadzone na nowych światłowodach wykazały, że charakteryzują się one dwiema bardzo interesującymi cechami. Po pierwsze, bardziej efektywnie zamieniają jeden kolor światła w inny. Tradycyjne światłowody nie zawsze pozwalają na uzyskanie wymaganych kolorów. Selenek cynku, dzięki zjawisku nielinearnej konwersji częstotliwości, pozwala na znacznie bardziej swobodne manipulowanie kolorami.
      Po drugie, nowe włókno jest bardziej wszechstronne, gdyż umożliwia efektywne transportowanie dłuższej fali elektromagnetycznej. To pozwoli na znaczne udoskonalenie laserów. Na przykład wojsko używa obecnie technologii Lidar wykorzystującej fale o długości od 2 do 2,5 mikrona. Urządzenie działające w średnich wartościach podczerwieni, powyżej 5 mikronów, byłoby bardziej dokładne. Nasze włókna mogą transportować światło o długości fali do 15 mikronów - wyjaśnia Badding. Lidar stosowany jest też do badania zanieczyszczeń powietrza, jego udoskonalenie pozwoli zatem na dokładniejsze określanie jego składu.
×
×
  • Create New...