جهش ۵ برابری در کارایی نور؛ گامی تازه برای ساخت آشکارسازهای سریعتر تابش
پژوهشگران در University of Oklahoma موفق به توسعه نوعی پروسکایت هیبریدی شدهاند که میتواند کارایی انتشار نور را بهطور قابل توجهی افزایش دهد و مسیر تازهای برای ساخت آشکارسازهای سریع تابش باز کند. نتایج این مطالعه در نشریه علمی Journal of the American Chemical Society منتشر شده است.
در این پژوهش دانشمندان رویکرد رایج در طراحی مواد پروسکایتی را مورد بازنگری قرار دادند. در بیشتر مطالعات گذشته تمرکز اصلی بر بخش غیرآلی ساختار پروسکایتها بوده است، زیرا تصور میشد که ویژگیهای عملکردی مهم این مواد عمدتا از همان بخش ناشی میشود، اما تیم تحقیقاتی دانشگاه اوکلاهما تلاش کرد نقش بخش آلی این مواد را پررنگتر کند.
پروسکایتها دستهای از مواد بلوری با ساختار اتمی مشخص هستند که در سالهای اخیر به یکی از مهمترین مواد در علم مواد تبدیل شدهاند و کاربردهای گستردهای در سلولهای خورشیدی، اپتوالکترونیک و حسگرهای پیشرفته پیدا کردهاند.
این گروه تحقیقاتی به سرپرستیام. اس. محمد دانشجوی تحصیلات تکمیلی گروه شیمی و بیوشیمی بررسی کرد که آیا بخش آلی در پروسکایتهای لایهای هیبریدی میتواند نقش عملکردی مهمتری داشته باشد یا خیر. نتایج نشان داد که با طراحی مناسب ساختار این بخش میتواند به منبع اصلی تولید نور تبدیل شود.
محققان با قرار دادن مولکولهای آلی درون ساختار پروسکایتهای هالیدی لایهای مادهای ایجاد کردند که هنگام قرار گرفتن در معرض تابش، نور را مستقیما از بخش آلی تولید میکند. میزان انتشار نور در این ساختارها در میان نمونههای مشابه در سطح بسیار بالایی قرار دارد؛ شاخصی که برای آشکارسازی تابش اهمیت زیادی دارد.
در این مطالعه پژوهشگران مولکولهایی موسوم به استیلبن را در ساختار پروسکایتهای دوبعدی مهندسیشده قرار دادند. این مولکولها بهطور طبیعی توانایی بالایی در تولید نور دارند، اما قرار گرفتن آنها در چارچوب بلوری طراحیشده باعث شد عملکردشان بهطور چشمگیری بهبود یابد.
نتیجه این طراحی افزایش پنجبرابری کارایی انتشار نور نسبت به زمانی بود که این مولکولهای آلی بهتنهایی استفاده میشوند. این موضوع نشان میدهد که محیط بلوری میتواند نحوه واکنش مولکولها به تابش را تقویت کند.
بایرام ساپاروف استاد گروه شیمی و نویسنده ارشد این پژوهش توضیح میدهد که درک تفاوت میان انتشار نور در بخشهای آلی و غیرآلی اهمیت زیادی دارد، زیرا این دو بخش رفتارهای متفاوتی دارند و میتوانند برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند.
یکی از مزیتهای اصلی انتشار نور در مواد آلی سرعت بالاتر آن است. در کاربردهایی مانند آشکارسازی نوترون، پرتو ایکس و پرتو گاما سرعت پاسخ بسیار مهم است، زیرا آشکارساز باید تابش ورودی را تقریبا بلافاصله به سیگنال نوری تبدیل کند. طراحی جدید توانسته کارایی انتشار نور بخش آلی را تا پنج برابر افزایش دهد و آن را برای چنین کاربردهایی مناسبتر کند.
علاوه بر سرعت و شدت نور بیشتر این مواد پایداری محیطی قابل توجهی نیز نشان دادهاند. بسیاری از مواد مورد استفاده در آشکارسازهای تابش برای جلوگیری از تخریب نیاز به پوشش محافظ دارند، اما این پروسکایتهای هیبریدی بدون هیچگونه پوشش محافظ بیش از یک سال در هوای آزاد پایدار باقی ماندند.
به گفته پژوهشگران عملکرد این مواد با بهترین آشکارسازهای سریع تابش موجود قابل رقابت است و حتی با بهینهسازی بیشتر میتواند از فناوریهای فعلی نیز پیشی بگیرد.
نتایج این تحقیق نشان میدهد که بازتعریف نقش بخشهای آلی و غیرآلی در ساختار پروسکایتها میتواند مسیرهای جدیدی برای توسعه فناوریهای سریعتر و کارآمدتر در حوزه آشکارسازی تابش ایجاد کند.
انتهای پیام/
