5 Minutės
Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Fotonikos ir nanotechnologijų instituto (FNI) tyrėjų komanda pristatė naują požiūrį, leidžiantį padidinti fotonų energiją organinėse medžiagose ir konvertuoti akiai nematomą infraraudoninę (IR) šviesą į matomą spektrą. Vadovaujant dr. Edvinui Radiunui kartu su L. Naimovičiumi, dr. P. Baronu, dr. K. Kazlausku ir cheminių partnerių grupe (vad. prof. E. Orentas), mokslininkai sukūrė naują rubreno pagrindu modifikuotų junginių klasę, kuri rodė rekordinį infraraudonųjų spindulių konversijos efektyvumą. Straipsnis publikuotas žurnale Advanced Optical Materials, o jo rezultatai turi aiškią potencialią reikšmę Lietuvos rinkai ir vietinėms technologijų iniciatyvoms.
Kuo šis atradimas svarbus Lietuvai ir vietiniams verslams
Lietuvos technologijų sektoriui ir saulės energetikos rinkai tokie pokyčiai gali būti reikšmingi. Lietuvoje, kur saulės elektrinių populiarumas auga tiek privačiame, tiek komerciniame sektoriuose, galimybė integruoti konvertuojančius organinius sluoksnius į esamus saulės modulius (pvz., Vilniuje ar Kaune diegiamus projektus) gali padidinti modulių našumą, pasinaudojant iki šiol nenaudotais infraraudonųjų fotonų šaltiniais. Lietuvos įmonėms ir mokslinių tyrimų inkubatoriams tai suteikia galimybę dalyvauti kuriant konkuruojančius sprendimus ES rinkoje.
Kas išskiria organinę konversiją nuo tradicinių sprendimų?
Techninės ypatybės ir pranašumai
- Organiniai puslaidininkiai: VU komanda panaudojo rubreno molekulę su sistemingai prijungtais nitrilo pakaitais. Tokie pokyčiai pakoregavo molekulių spektrines savybes ir leido suformuoti sluoksnius, efektyviai konvertuojančius IR fotonus į matomą šviesą.
- Mažesnės investicijos į šaltinį: skirtingai nuo neorganinių netiesinių kristalų, kuriems dažnai reikalingi labai brangūs didelės galios impulsiniai lazeriai, organinių sistemų veikimui pakanka ir silpnesnio arba net buitiniam lygio apšvietimo. Tai sumažina diegimo ir eksploatacijos sąnaudas.
- Platus pritaikymas: potencialūs naudojimo atvejai apima saulės modulių efektyvumo didinimą, medicininę optiką (kur IR-į-matomą konversija gali pagerinti tam tikrų diagnostinių metodų jautrumą), 3D spausdinimą ir kitus optoelektronikos sprendimus, kurie Lietuvoje gali pritraukti startuolius ir pramoninius partnerius.
Kaip tai lyginama su įprastomis neorganinėmis terpėmis
Neorganinėse medžiagose (pvz., kristaluose) fotonų energijos didinimas jau naudojamas lazerinėje pramonėje ir mikroskopijoje, tačiau tokiems sprendimams reikalinga brangi aparatūra ir didelė galia. Organinės konversijos sistemos yra lankstesnės ir mažiau priklausomos nuo fotonų šaltinio intensyvumo, todėl jos labiau tinkamos platinamoms ar pigesnėms programoms — ypač Lietuvos SME segmentui, kur investicijų apimtis dažnai ribota.
Praktiniai iššūkiai: kietasis būvis ir molekulių išsidėstymas
Nors laboratorijoje pasiekti rezultatai atrodo perspektyvūs, didžiausias iššūkis — išlaikyti pageidaujamas spektroskopines savybes kietajame (solid) sluoksnyje. Tirpaluose organiniai dažai dažnai veikia gerai, tačiau išgarinus tirpiklį medžiagos struktūra keičiasi — molekulės gali chaotiškai sugriūti arba pernelyg tvarkingai supakuotis, kas keičia fotofizikines charakteristikas ir mažina konversijos efektyvumą. VU FNI komanda kartu su chemikais modeliuoja molekulinius pakeitimus, kad būtų išsaugotos reikiamos savybės kietajame pavidale.
Naudojimo scenarijai Lietuvoje
- Saulės energetika: organiniai konvertuojantys sluoksniai gali būti tvirtinami ant esamų ar naujų saulės modulių, kad padidintų jų veiksmingumą šiauriau esančioje Lietuvos rinkoje, kur saulės spektras dažnai yra ribotas.
- Medicinos įranga: Kaune ir Vilniuje esančios diagnostikos laboratorijos gali naudoti šią technologiją jautresniems optiniams tyrimams be brangių lazerių.
- Pramoniniai sprendimai ir 3D spausdinimas: didesnė fotonų energija gali pagerinti medžiagų apdorojimą ir naujų spausdinimo dervų veikimą.
Komerciniai pranašumai ir Lietuvos rinka
Lietuvos verslams ši technologija žada keletą realių pranašumų: mažesnes kapitalo išlaidas įrangai, galimybę įdiegti sprendimus moduliuose ir pritaikyti jau egzistuojančiose gamybos linijose. Startuoliai ir technologijų inkubatoriai Vilniuje ar Kaune gali bendradarbiauti su VU tyrėjais, siekdami komercializuoti prototipus. Be to, Europos Sąjungos žaliasis kursas ir finansavimo programos gali padėti padengti pirmines diegimo investicijas.
Kas laukia toliau: tyrimų fazė ir bendradarbiavimas
VU tyrėjų komanda planuoja toliau optimizuoti molekulių struktūras, gerinti kieto būvio stabilumą ir suderinti gamybos procesus, kad medžiagos taptų tinkamos pramoniniam naudojimui. Dr. E. Radiunas pažymėjo, jog nors idėjos brandinimas užtrunka (iki straipsnio publikavimo nuo tyrimo pradžios prabėgo apie dvejus metus), pirmaisiais eksperimentais komanda liko patenkinta, o rezultatų atkūrimai kituose centruose turėtų pasirodyti per ateinančius metus.
Išvados: ką tai reiškia lietuviams?
Šis atradimas gali paskatinti Lietuvos mokslininkų ir inžinierių bendradarbiavimą su pramone, suteikti progų vietinėms įmonėms dalyvauti tarptautinėse tiekimo grandinėse ir atverti kelią prieinamoms optoelektronikos aplikacijoms. Nors komercinis pritaikymas dar reikalauja darbo, galimybės — nuo efektyvesnių saulės modulių iki pigesnės medicininės optikos — yra realios. Lietuvos rinkos žaidėjams ir technologijų entuziastams verta sekti šio projekto vystymąsi ir apsvarstyti bendradarbiavimo galimybes su Vilniaus universiteto mokslininkais.
Autoriai: Vilniaus universiteto FNI tyrėjai; pranešimą parengė Liudmila Januškevičienė. Straipsnyje remtasi VU komandos paskelbtais rezultatais žurnale Advanced Optical Materials.
Šaltinis: 77
Palikite komentarą