Investigadores de la ETH Zúrich y Lausana han conseguido que la generación y transmisión de luz química, fosforescente y no fosforescente sea 10 veces más eficaz

Cuando las moléculas de tinte fluorescente “anidan” perfectamente entre sí, se genera algo completamente nuevo: un estado de excitación, distribuido entre muchas moléculas.
Tales excitaciones colectivas se pueden utilizar de varias maneras: por ejemplo, para paneles solares orgánicos, en sensores, para transmisión de datos ultrarrápida o en microscopía.
En Suiza, los investigadores de EMPA, junto con colegas de los Institutos Federales de Tecnología de Zurich y Lausana, el Instituto Paul Scherrer y el IBM Research Zurich en Rüschlikon, lograron hacer que estos amplificadores químicos de luz sean diez veces más eficientes que antes.
"Lo que observamos en estos casos es una transferencia de energía mucho más rápida que en cualquier semiconductor", afirma entusiasmado Jakob Heier.
El físico trabaja en el gabinete de Polímeros Funcionales del Laboratorio Federal Suizo de Ciencia y Tecnología de Materiales y el descubrimiento realizado con su equipo podría causar sensación en muchos ámbitos de actividad, como la tecnología de sensores, la transmisión óptica de datos o la fabricación de compuestos orgánicos. células solares.
Estamos hablando de islas de moléculas de tinte, con una estructura interna perfecta. Entre los expertos, estas estructuras se denominan J-Aggregates. Aunque se conocen desde hace más de ochenta años, recientemente han atraído una renovada atención de la investigación.
Esto se debe a la vida electrónica interna especial de estas islas de tinte. Para comprender lo que han descubierto Jakob Heier y sus colegas, resulta útil una breve excursión al mundo de los tintes.
Para que una sustancia colorante brille, primero debe activarse la molécula, también a través de la luz. Los blanqueadores ópticos de los detergentes, por ejemplo, absorben la luz ultravioleta y emiten luz azulada (visible), razón por la cual la ropa blanca brilla tanto en la luz ultravioleta de un club nocturno.
La luz emitida tiene menos energía que los fotones utilizados para activar el tinte, porque parte de la energía se convierte en vibraciones, es decir, calor, en la molécula del tinte.

En Suiza, los signos de Alzheimer detectados en la sangre

Partículas como "antenas" para la transmisión de fuerza energética

Los J-Aggregates estudiados por el científico suizo y Surendra Anantharaman, candidato a doctorado en EMPA, se comportan de manera diferente a las moléculas de tinte individuales.
En estas islas moleculares, las moléculas de tinte están bien ordenadas y muy juntas, como cerillas en una caja. En esta constelación, la molécula de tinte no “tiene que” brillar, pero “puede” pasar su energía a una molécula cercana.
Sin embargo, en comparación con los semiconductores clásicos de silicio existe una diferencia fundamental: en un semiconductor de silicio, como por ejemplo una célula solar, la energía de excitación se transporta a través de portadores de carga, por ejemplo electrones, que "salta" a través del material, por así decirlo. hablar.
En los agregados J, sin embargo, los electrones sólo oscilan hacia adelante y hacia atrás en la molécula de tinte y nunca la abandonan. En lugar de electrones, sólo se transmiten oscilaciones, similares a las que utilizan las antenas transmisoras y receptoras en el mundo macroscópico.
De hecho, los J-Aggregates pueden "transmitir" energía a una escala mucho más pequeña, sí, pero extremadamente rápidamente y a través de cientos de moléculas.

Robots líquidos como... células para explorar entornos extremos

Desde 1936 hasta hoy altas pérdidas por "errores de construcción" del sistema

El fenómeno de los agregados J y su especial transmisión de energía fue descubierto por primera vez en 1936 por Edwin E. Jelley en Estados Unidos y Günter Scheibe en Alemania.
Pero hasta ahora alrededor del 95 por ciento de la energía irradiada se perdía y no podía transmitirse. La culpa fueron los “errores de construcción” del sistema.
En realidad, las moléculas no estaban tan perfectamente alineadas. Y cada vez que el pulso de energía encontraba uno de estos defectos en su viaje a través del J-Aggregate, el transporte de energía se interrumpía.
Una vibración molecular normal terminó la transferencia, se generó algo de calor y el juego terminó.

Un nuevo proceso hará que el algodón sea ignífugo y cómodo

Un tinte donde se vuelve a emitir el 60 por ciento de la luz entrante

el equipo deEMPA, apoyado por investigadores de laETH en Zurich, Dell 'EPF de Lausana, del PSI y dell 'IBM Research Zúrich, logró desarrollar un sistema de tinte, en el que hasta 60 por ciento de luz entrante es reeditado.
Esto también significa que hasta 60 por ciento de la energía lata transmitirse sin pérdida: en comparación con cinco por ciento anterior, esto es un descubrimiento de importancia sensacional.
La Clave del éxito fueron la islas de tinte perfectamente construidas, que fueron creadas con el fin emulsión de agua y hexilamina.
A 'emulsión es una mezcla de gotitas de líquido en otro líquido: la leche o la mayonesa son emulsiones que todo el mundo conoce.
Los investigadores de la Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales observaron que no cualquier emulsión haría el trabajo.
Tenía que ser un supuesto emulsión bicontinua, lo que significa que el gotitas suspendidas en líquido externo ellos no tienen que estar distante el uno del otro, pero deben tener combinar para formar estructuras similares a tiras.
Sólo entonces el tinte en cuestion formar el deseado Agregados J impecables y puede "enviando" la energía absorbida su largas distancias sin pérdidas. Así es como el moléculas de tinte se alinean en unemulsión bicontinua, similar a fósforos en una caja.
Solo entonces la transmisión de la señal es exitosa.

Células solares CIGS flexibles: ¡eficacia récord alcanzada!

Antes de las emulsiones bicontinuas, los fallos eran la regla

El estudio ahora publicado también menciona, siguiendo la buena tradición de la investigación científica, los intentos fallidos y la historia del experimento exitoso. Después de todo, los químicos y físicos de todo el mundo deberían poder beneficiarse de la experiencia del equipo EMPA.
Por ejemplo, no fue posible cristalizar el tinte en forma de películas finas sobre una superficie sólida. Demasiados defectos en los cristales arruinaban a menudo la transferencia.
Las soluciones acuosas, en las que el tinte se agrupa en pequeñas gotas, tampoco funcionan. Sólo las emulsiones bicontinuas conducen a la transmisión de señales, y sólo si quedan moléculas de tinte individuales en la fase líquida que puedan llenar los agujeros y cerrar los huecos en los J-Aggregates: en otras palabras, "reparar" los defectos.

Un apósito sintético sin precedentes para sellar heridas internas

¿Qué aplicaciones son concretamente concebibles: células y sensores?

Sin duda, a los investigadores todavía les queda un largo camino por recorrer antes de que lo que han conseguido en una emulsión pueda resultar técnicamente útil. Pero la transmisión de señales a través de tintes podría penetrar en muchas áreas de la vida cotidiana.
Por ejemplo, con ayuda de estos colorantes es posible capturar luz infrarroja débil y convertirla en señales digitales con ayuda de puntos cuánticos, una gran ayuda para la tecnología de sensores y las células solares, que deberían proporcionar electricidad incluso con luz muy débil. .
Debido a sus propiedades únicas, los J-Aggregates también se prestan a aplicaciones en computadoras cuánticas y transmisión óptica de datos.
Por último, los agregados de colorantes conductores de señales podrían resultar útiles en el diagnóstico de organismos vivos: la luz infrarroja o radiación térmica penetra profundamente en los tejidos humanos sin dañar las células.
De hecho, J Aggregates podría hacer visible esta radiación y digitalizarla. Esto podría facilitar y mejorar en gran medida la obtención de imágenes microscópicas de alta resolución de tejido vivo y contribuir a la lucha contra las enfermedades.

La primera… batería biodegradable ya es una realidad en Suiza