一种新合成的材料结合了硅纳米颗粒和有机元素，可以加速能量交换，将低能光转化为高能光，可能会给太阳能和癌症治疗带来革命性的变化。
一种新材料，在很少探索的有机和无机化学的融合中精心制作，不仅有望提高太阳能电池板的效率，而且还可能引领下一代癌症治疗。
最近发表在《自然化学》杂志上的一篇论文描述了这种复合材料，它由微小的硅纳米颗粒和一种与OLED电视中使用的有机化合物非常相似的有机化合物组成。它的特性包括加速两个分子之间的能量交换，以及将低能量的光转化为高能量的光。
世界上只有少数实验室有能力制造出符合要求的硅纳米颗粒。其中一个实验室是由加州大学河滨分校的机械工程和材料科学教授洛伦佐·曼戈利尼(Lorenzo Mangolini)领导的，他帮助发明了生产这种材料的工艺。
曼戈利尼说:“这种新材料改进了我们之前的尝试，我们创造了一种能在两个不同成分之间有效交换能量的东西。”“有很多机会将其用于各种各样的应用，但从人类健康的角度来看，最重要的一个可能是癌症。”
高能光，如紫外线激光，可以形成能够攻击癌组织的自由基。然而，紫外线不能深入组织，在肿瘤部位附近产生治疗性自由基。另一方面，近红外光能深入人体，但没有足够的能量产生自由基。
有了这种新材料，研究小组已经证明，有可能实现比针对这种材料的光发射能量更高的光，即光子上转换。除了效率高之外，构成这种高能材料的硅“点”是无毒的。
将低能量的光转化为高能量的形式，可以用来提高太阳能电池的效率，使它们能够捕获通常会通过它们的近红外光。经过优化后，低能量光可以将太阳能电池板的尺寸缩小30%。
“这些电池通常不使用低能量光子，但使用这个系统，你可以。我们可以使阵列更加高效，”Mangolini说。
新的硅点基材料可以改善红外光的各种应用。它们包括生物成像、基于光的3D打印和光传感器，这些传感器将帮助自动驾驶汽车在大雾天气中行驶。
这项研究由美国国家科学基金会资助，由德克萨斯大学奥斯汀分校、科罗拉多大学博尔德分校、犹他大学以及加州大学洛杉矶分校的一个团队进行。研究团队不仅对潜在的应用感到兴奋，而且对能够设计出像这样的新型复合材料感到兴奋。
复合材料是在单独作用时与其基本组分表现不同的材料。例如，碳纤维和树脂的复合材料坚固轻便，用于飞机机翼和许多体育用品。
德克萨斯大学奥斯汀分校化学教授、论文作者肖恩·罗伯茨说:“我们现在知道如何将两种截然不同的物质结合在一起，并将它们牢固地结合在一起，不仅可以创造出一种混合物，还可以创造出一种具有独特性能的全新材料。”“这是第一次实现这一目标。”
参考文献:“通过硅量子点和碳之间的强耦合实现有效的光子上转换”，作者:Kefu Wang, R. Peyton Cline, Joseph Schwan, Jacob M. Strain, Sean T. Roberts, Lorenzo Mangolini, Joel D. Eaves和Ming Lee Tang, 2023年6月12日，Nature Chemistry。DOI: 10.1038 / s41557 - 023 - 01225 - x
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