Yakında Dış Kaynaklara İhtiyaç Kalmadan UV Işığı Üretilebilir
Bu sistemin temelinde "foton yukarı dönüşümü" (photo upconversion) adı verilen kuantum tabanlı bir süreç yer alıyor. İki düşük enerjili görünür ışık fotonunun enerjisi bir araya getirilerek tek bir yüksek enerjili morötesi foton elde ediliyor. Araştırmacılar bunu gerçekleştirmek için "Triplet-Triplet Annihilation (TTA)" adı verilen bir mekanizmadan yararlanıyor. Bu süreçte önce "donör" olarak adlandırılan bir molekül görünür ışığı soğuruyor ve elektronlarını yüksek enerjili triplet durumuna geçiriyor. Daha sonra bu enerji yakındaki "akseptör" moleküle aktarılıyor. İki farklı triplet durumu aynı noktada buluştuğunda ise enerjileri birleşerek tek bir UV fotonu oluşturuyor. Böylece görünür ışık, daha yüksek enerjili morötesi ışığa dönüştürülmüş oluyor.
Bu yöntem sıvı ortamlarda uzun zamandır uygulanabiliyor olsa da, moleküllerin serbest hareket edebilmesini gerektirdiği için pratik kullanım açısından önemli dezavantajlar taşıyor. Ayrıca kullanılan çözücülerin toksik olabilmesi ve zamanla buharlaşması da bu sistemlerin gerçek dünyada kullanılmasını zorlaştırıyor. Bu yüzden bilim insanları yıllardır aynı işlemi katı malzemeler üzerinde gerçekleştirebilecek bir çözüm geliştirmeye çalışıyordu.
Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmaya göre geliştirilen bu yeni katı malzeme, doğal güneş ışığı altında yüzde 1,9 verimlilikle foton yukarı dönüşümü gerçekleştirebiliyor. Bu süreçte, görünür ışıktaki düşük enerjili fotonlar birleştirilerek daha yüksek enerjili morötesi (UV) ışık üretiliyor. İlk bakışta bu oran düşük gibi görünse de araştırmacılar, katı hâlde çalışan birçok benzer sistemin çok daha güçlü ışık kaynakları altında bile bu seviyeye ulaşmakta zorlandığını vurguluyor. Elde edilen sonuç, malzemenin özellikle gerçek dünya koşullarında, yani doğrudan güneş ışığıyla çalışabilmesi açısından önemli kabul ediliyor. Araştırmacılara göre bu yaklaşım, gelecekte UV ışığının dış kaynaklara ihtiyaç duymadan üretilebilmesini sağlayarak enerji verimliliği yüksek yeni teknolojilerin önünü açabilir.
Güneş Enerjisiyle Çalışan Yeni Teknolojilerin Önünü Açabilir
Araştırmacılar geliştirdikleri malzeme için patent başvurusunda bulunmuş durumda. Üstelik sistemin üretiminde kullanılan başlangıç malzemelerinin ucuz olması ve üretim sürecinin görece basit olması da ticari kullanım açısından önemli avantajlar sunuyor.
Bilim insanları bu teknolojinin gelecekte güneş enerjisiyle çalışan fotokataliz sistemlerinde, iç mekân hava temizleme cihazlarında ve düşük ışık şiddetiyle çalışan 3D yazıcılarda kullanılabileceğini düşünüyor. Çünkü UV ışığı bugün reçinelerin sertleştirilmesinden diş dolgularına, sterilizasyon sistemlerinden çeşitli kimyasal reaksiyonların hızlandırılmasına kadar pek çok alanda kritik rol oynuyor. Güneş ışığından doğrudan UV üretilebilmesi ise bu uygulamaların önemli bir bölümünü harici UV kaynaklarına ihtiyaç duymadan çalıştırabilmenin önünü açabilir.
Araştırmacılar ayrıca bu çalışmanın tek seferlik bir başarı olmadığını, yaklaşık 14 yıldır yürüttükleri foton yukarı dönüşümü ve moleküler öz düzenlenme araştırmalarının bir sonucu olduğunu belirtiyor. Ekip, uzun yıllardır sıvı sistemlerde elde edilen başarıyı katı malzemelere taşımaya çalışıyordu. Geliştirilen bu yeni malzeme ise, araştırmacılara göre bu alandaki en önemli kilometre taşlarından biri olma özelliğini taşıyor.
