ابتكار مادة كيميائية تساعد في تطوير ألواح الطاقة الشمسية والسيارات ذاتية القيادة
تتكون المادة الجديدة من جزيئات نانوية صغيرة جدا من السيليكون، وهي مادة غير عضوية تستخدم في الألواح الشمسية وفي عديد من أشباه الموصلات، وجزيئات من الأنثراسين وهي مادة عضوية ينبعث منها ضوء أزرق.
هل تذكر تجربة انكسار الضوء لإسحق نيوتن التي درسناها في المرحلة الابتدائية، حين كنا نستخدم فيها المنشور الزجاجي لتحليل الضوء الأبيض إلى 7 ألوان (الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والبنفسجي والنيلي)؟ تجربة نيوتن هذه كانت تعد النواة لدراسة الضوء وخصائصه.
اليوم، وفق ورقة بحثية جديدة نشرتها دورية "نيتشر كيمستري" (Nature Chemistry)، تمكن فريق يضم باحثين ومهندسين من عدة جامعات أميركية من ابتكار مادة كيميائية جديدة يمكنها امتصاص الضوء الأحمر وتحويله إلى الضوء الأزرق.
مم تتكون المادة الجديدة؟
تتكون المادة الجديدة من جزيئات نانوية صغيرة جدا من السيليكون (مادة غير عضوية تستخدم في الألواح الشمسية وفي عديد من أشباه الموصلات) وجزيئات من الأنثراسين (مادة عضوية ينبعث منها ضوء أزرق).
وقد عمل الفريق البحثي بدأب منذ سنوات على تحويل الضوء الأحمر إلى ضوء أزرق، وفي ورقة بحثية سابقة تمكنوا من ربط جزيئات السليكون وجزيئات الأنثراسين معا.
أما في هذه الورقة، فقد تمكنوا من ابتكار طريقة توصيل جديدة لربط الجزيئات ببعضها، حيث شكل الباحثون جسورا موصلة كهربائيا توصل بين جزيئات الأنثراسين وجزيئات السيليكون النانوية، وذلك لرفع سرعة تبادل الطاقة بين الجزيئات.
من جانبه، قال شون روبرتس أستاذ الكيمياء المشارك في جامعة أوستن -في البيان الصحفي الذي نشره موقع "فيز دوت أورغ" (Phys.org)– إن "هذه العملية تعطينا طريقة جديدة تماما لتصميم المواد، حيث تمكنا من دمج مادتين مختلفتين تماما: مادة عضوية ومادة غير عضوية، وربطهما بقوة كافية ليس لإنشاء خليط فحسب، بل لإنشاء مادة هجينة جديدة تماما بخصائص تختلف تماما عن كلا المكونين".
ويمكن للهياكل الهجينة المتكونة بين الجزيئات العضوية والجزيئات غير العضوية أن تحقق تحولات فيزيائية ضوئية فريدة من خلال الاستفادة من خصائصها المتباينة.
خصائص المادة الجديدة وتطبيقاتها
من بين خصائص المادة الجديدة قدرتها على تحويل الضوء الأحمر -وهو ذو طاقة منخفضة ويميل إلى الانتقال بشكل جيد عبر الأنسجة والسوائل- إلى الضوء الأزرق، وهو ذو طاقة مرتفعة ويستخدم في أجهزة الاستشعار. وقد ضاعفت الجسور الكهربائية من كفاءة المادة في تحويل الضوء ذي الطاقة المنخفضة إلى ضوء ذي طاقة مرتفعة.
وحسب الباحثون، فإن تطبيقات المادة الجديدة واعدة في عدة مجالات منها التصوير الحيوي، وتطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد، بالإضافة إلى تطوير أجهزة استشعار الضوء التي يمكن استخدامها لمساعدة السيارات ذاتية القيادة على الحركة عبر الضباب.
وأوضح روبرتس أن "هذه المادة قد تكون قادرة على إنشاء أنظمة يمكنها الرؤية في الأشعة تحت الحمراء، مثلا في المركبات ذاتية القيادة وفي أجهزة الاستشعار وأنظمة الرؤية الليلية".
كما يمكن أن ترفع المادة من كفاءة الخلايا الشمسية من خلال السماح لها بالتقاط الأشعة تحت الحمراء القريبة التي تمر عادة عبرها، وقد تسهم في تخفيض أعداد الألواح الشمسية بنسبة 30%.