p Pesquisadores da Universidade de Delaware receberam uma bolsa de US $ 1 milhão do W.M. Fundação Keck para explorar uma nova ideia que poderia melhorar as células solares, imagens médicas e até tratamentos de câncer. Simplificando, eles querem mudar a cor da luz. p Eles não vão mexer no que você vê pela janela:nada de dias roxos ou noites verdes, nenhuma edição de arco-íris e pôr do sol escaldante. Seu objetivo é transformar cores de luz de baixa energia, como vermelho, em cores de alta energia, como azul ou verde.

p Mudar a cor da luz daria um impulso considerável à tecnologia solar. Uma célula solar tradicional só pode absorver luz com energia acima de um certo limite. A luz infravermelha passa direto, sua energia inexplorada.

p Contudo, se essa luz de baixa energia pudesse ser transformada em luz de alta energia, uma célula solar poderia absorver muito mais da limpeza do sol, gratuitamente, energia abundante. A equipe prevê que sua nova abordagem pode aumentar a eficiência das células solares comerciais em 25 a 30 por cento.

p A equipe de pesquisa, baseado na Faculdade de Engenharia da UD, é liderado por Matthew Doty, professor associado de ciência e engenharia de materiais e diretor associado da Instalação de Nanofabricação da UD. Os co-investigadores de Doty incluem Joshua Zide, Diane Sellers e Chris Kloxin, todos no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais; e Emily Day e John Slater, ambos no Departamento de Engenharia Biomédica.

p "Este prestigioso subsídio de US $ 1 milhão da Fundação Keck ressalta a excelência e inovação de nosso corpo docente da Universidade de Delaware, "diz Nancy Targett, presidente interino da Universidade. "Claramente, a Universidade de Delaware está buscando grandes ideias em energia renovável e biomedicina com potencial para beneficiar o mundo. "

p "O plano estratégico de Delaware Will Shine da Universidade nos desafia a pensar com ousadia enquanto buscamos soluções para os problemas que a sociedade enfrenta, “Domenico Grasso, Reitor da UD, acrescenta. "Parabenizamos a equipe de pesquisa da Faculdade de Engenharia por este importante prêmio, e esperamos suas descobertas. "

p Mudando a cor da luz

p "Um raio de luz contém milhões e milhões de unidades individuais de luz chamadas fótons, "diz o líder do projeto, Matthew Doty." A energia de cada fóton está diretamente relacionada à cor da luz - um fóton de luz vermelha tem menos energia do que um fóton de luz azul. Você não pode simplesmente transformar um fóton vermelho em um azul, mas você pode combinar a energia de dois ou mais fótons vermelhos para fazer um fóton azul. "

p Este processo, chamado de "conversão ascendente de fóton, "não é novo, Doty diz. Contudo, a abordagem da equipe UD para isso é.

p Eles querem projetar um novo tipo de nanoestrutura semicondutora que funcione como uma catraca. Ele vai absorver dois fótons vermelhos, um após o outro, para empurrar um elétron para um estado excitado quando ele pode emitir um único fóton de alta energia (azul).

p Essas nanoestruturas serão tão pequenas que só poderão ser vistas quando ampliadas um milhão de vezes em um microscópio eletrônico de alta potência.

p "Pense nos elétrons nesta estrutura como se estivessem em um parque aquático, "Doty diz." O primeiro fóton vermelho tem apenas energia suficiente para empurrar um elétron até a metade da escada do toboágua. O segundo fóton vermelho empurra o resto do caminho para cima. Em seguida, o elétron desce pelo slide, liberando toda essa energia em um único processo, com a emissão do fóton azul. O truque é garantir que o elétron não escorregue escada abaixo antes que o segundo fóton chegue. A estrutura da catraca semicondutora é como prendemos o elétron no meio da escada até que o segundo fóton chegue para empurrá-lo o resto do caminho para cima. "

p A equipe UD irá desenvolver novas estruturas semicondutoras contendo várias camadas de diferentes materiais, como o arseneto de alumínio e arsenieto de bismuto de gálio, cada um com apenas alguns nanômetros de espessura. Esta "paisagem sob medida" controlará o fluxo de elétrons em estados com energia potencial variável, transformando fótons perdidos em energia útil.

p A equipe UD mostrou teoricamente que seus semicondutores poderiam alcançar uma eficiência de upconversion de 86 por cento, o que seria uma grande melhoria em relação aos 36 por cento de eficiência demonstrados pelos melhores materiais de hoje. O que mais, Doty diz, a quantidade de luz absorvida e energia emitida pelas estruturas pode ser personalizada para uma variedade de aplicações, de lâmpadas a cirurgia guiada a laser.

p Como você começa a fazer estruturas tão minúsculas que só podem ser vistas com um microscópio eletrônico? Em uma técnica que a equipe UD usará, chamado epitaxia de feixe molecular, as nanoestruturas serão construídas depositando camadas de átomos, uma de cada vez. Cada estrutura será testada para ver o quão bem ela absorve e emite luz, e os resultados serão usados ​​para adaptar a estrutura para melhorar o desempenho.

p Os pesquisadores também desenvolverão uma solução semelhante ao leite cheia de milhões de nanopartículas individuais idênticas, cada um contendo várias camadas de materiais diferentes. As múltiplas camadas desta estrutura, como várias cascas de doces em um M&M, irá implementar a ideia da catraca do fóton. Por meio desse trabalho, a equipe prevê uma futura "tinta" de conversão ascendente que poderia ser facilmente aplicada a células solares, janelas e outros produtos comerciais.

p Melhorar os exames médicos e tratamentos

p Embora o foco inicial do projeto de três anos seja melhorar a captação de energia solar, a equipe também explorará aplicações biomédicas.

p Uma série de testes de diagnóstico e tratamentos médicos, variando de tomografias computadorizadas e PET a quimioterapia, dependem da liberação de corantes fluorescentes e fármacos. Idealmente, tais cargas úteis são entregues em locais específicos da doença e em horários específicos, mas isso é difícil de controlar na prática.

p A equipe UD tem como objetivo desenvolver uma nanopartícula de conversão ascendente que pode ser acionada pela luz para liberar sua carga útil. O objetivo é alcançar a liberação controlada de terapias medicamentosas, mesmo nas profundezas do tecido humano doente, enquanto reduz o dano periférico ao tecido normal, minimizando a potência do laser necessária.

p "Isso é de alto risco, pesquisa de alta recompensa, "Doty diz." Alto risco porque ainda não temos dados de prova de conceito. Alta recompensa porque tem um grande potencial de impacto em energia renovável para a medicina. É incrível pensar que essa mesma tecnologia poderia ser usada para coletar mais energia solar e tratar o câncer. Estamos ansiosos para começar! "