Un nuovo materiale, realizzato nella convergenza raramente esplorata della chimica organica e inorganica, promette non solo di migliorare l’efficienza dei pannelli solari, ma potrebbe anche inaugurare la prossima generazione di trattamenti contro il cancro.
Descritto in un articolo recentemente pubblicato su Nature Chemistry, questo materiale composito è composto da minuscole nanoparticelle di silicio e un composto organico che presenta strette somiglianze con quelli utilizzati nei televisori OLED. Le sue proprietà includono la capacità di accelerare lo scambio di energia tra due molecole, nonché di trasformare la luce di energia inferiore in luce di energia superiore.
Solo una manciata di laboratori al mondo sono in grado di produrre nanoparticelle di silicio con le giuste specifiche. Uno di questi laboratori è guidato da Lorenzo Mangolini, professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali presso la UC Riverside, che ha contribuito a inventare il processo per produrli.
Piccoli “punti” che trasformano la luce hanno il potenziale per guidare grandi progressi
“Il nuovo materiale migliora i precedenti tentativi che abbiamo fatto per creare qualcosa che scambia in modo efficiente l’energia tra due componenti diversi”, ha detto Mangolini. “Ci sono grandi opportunità per utilizzare questo per un’ampia varietà di applicazioni, ma forse una delle più importanti, dal punto di vista della salute umana, è per il cancro”.
La luce ad alta energia, come la luce laser ultravioletta, può formare radicali liberi in grado di attaccare il tessuto tumorale. La luce UV, tuttavia, non viaggia abbastanza lontano nei tessuti per generare radicali terapeutici vicino al sito del tumore. D’altra parte, la luce del vicino infrarosso penetra in profondità nel corpo ma non ha abbastanza energia per generare i radicali.
Con il nuovo materiale, il team di ricerca ha dimostrato che è possibile ottenere l’emissione di luce con un’energia superiore a quella diretta al materiale, nota come conversione fotonica. Oltre ad essere efficienti, i “puntini” di silicio che costituiscono la base di questo materiale ad alta energia non sono tossici.
Prendere la luce a bassa energia e trasformarla in una forma ad alta energia potrebbe essere utilizzata per aumentare l’efficienza delle celle solari consentendo loro di catturare la luce nel vicino infrarosso che normalmente le attraverserebbe. Se ottimizzata, la luce a basso consumo potrebbe ridurre le dimensioni dei pannelli solari del 30%.
“Queste celle di solito non usano fotoni a bassa energia, ma usando questo sistema si potrebbe. Potremmo rendere gli array molto più efficienti”, ha affermato Mangolini.
Ci sono una varietà di applicazioni che coinvolgono la luce infrarossa che potrebbero essere migliorate con il nuovo materiale a base di punti in silicio, tra cui il bioimaging, la stampa 3D basata sulla luce e sensori di luce che aiuterebbero le auto a guida autonoma in caso di nebbia.
Questa ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation ed è stata eseguita da un team con sede presso l’Università del Texas, Austin, l’Università del Colorado, Boulder e l’Università dello Utah, nonché l’UCR. Non solo il team di ricerca è entusiasta delle potenziali applicazioni, ma anche della possibilità di progettare una nuova classe di materiali compositi come questa.
I compositi sono materiali che si comportano in modo diverso rispetto ai loro componenti di base quando agiscono da soli. Ad esempio, i compositi di fibre di carbonio e resine sono resistenti e leggeri e vengono utilizzati nelle ali degli aeroplani e in molti articoli sportivi.
“Ora sappiamo come prendere due sostanze estremamente diverse e legarle abbastanza forte da creare non solo una miscela, ma un materiale completamente nuovo con proprietà distinte”, ha concluso Sean Roberts, professore di chimica dell’Università del Texas ad Austin e corrispondente autore dell’articolo.
Fonte: Nature Chemistry
