21 ноября 2017 Г. Нанотехнологии и наноматериалы Российские нанотехнологии STRF.RU регистрация вход

   
Подписка
Главная / Новости и События / Новости нанотехнологий
Редколлегия
Контакты
Размещение рекламы
Партнёры
форум
В мире НАНО
Реклама

NANONEWSNET

Новости и События

Новости нанотехнологий

06.06.2016   Концентрирование энергии света

Задача концентрирования энергии света является одной из актуальных задач современной техники. Особенно востребована эта задача при создании возобновляемых источников энергии, основанных на использовании солнечного света, поскольку плотность энергии, поступающей от Солнца на единицу площади поверхности Земли, довольно низкая. Первая стадия процесса преобразования энергии света в другие виды энергии – превращение энергии фотона в энергию электронно-возбужденных состояний молекул вещества, которое поглощает свет. На последующих стадиях эта энергия трансформируется в веществе в энергию разделенных зарядов, движение молекул или в энергию химических связей.

В природном фотосинтезе в процессе эволюции живых систем проблема концентрирования энергии солнечного света была решена созданием специальных клеточных структур, названных хлоропластами. Хлоропласт представляет собой организованную структуру молекул – ансамбль молекул хлорофилла и каратиноидов – и обладает свойством превращать падающий на хлоропласт фотон в электронно-возбужденное состояние молекул хлорофилла, способное перемещаться внутри хлоропласта на большие расстояния, переходя от одной молекулы хлорофилла к другой, и в итоге захватываться реакционным центром. Такие структуры часто называют молекулярными антеннами. В этих реакционных центрах энергия электронно-возбужденного состояния конвертируется в энергию разделенных зарядов и используется для создания из простых молекул (углекислого газа и воды) сложных химических веществ.

Главный редактор, академик РАН М.В. АЛФИМОВ

Можно говорить, что антенна и реакционный центр конвертируют энергию света в трансмембранный электрохимический потенциал, который в дальнейшем используется для синтеза АТФ. Антенна представляет собой агрегат низкой размерности (2D) комплексов полипептида с хлорофиллом. Именно архитектура упаковки молекул в природной антенне определяет эффективность и направленность переноса энергии к реакционному центру. В основе механизма переноса энергии между молекулами хлорофилла лежит процесс безызлучательного переноса энергии. Архитектура организации различных природных антенн (в растениях и бактериях) и число молекул хлорофилла в собирающих энергию антенных структурах различаются. В бактериях комплексы бактериохлорофилла организованы в два кольцевых агрегата, расположенных на расстоянии 1.7 нм, а в растительных клетках комплексы хлорофилла формируют слой. По современным представлениям световая стадия фотосинтеза в клетках хорошо описывается экситонной моделью миграции энергии.

С помощью оптических устройств можно сконцентрировать падающий свет на площадь, ограниченную длиной волны света, а концентрирование света на меньшей площади (нанометровой площадке) требует трансформации фотона в электронно-возбужденное состояние и переноса электронного возбуждения внутри вещества, т.е. требует создания искусственных молекулярных антенн.

Возрастающая потребность в использовании миниатюрных фотонных устройств в технике делает актуальной задачу разработки технологии сбора и направленной передачи поглощенной световой энергии на расстояния 10–100 нм.

Для создания высокочувствительных миниатюрных флуоресцентных детекторов контроля летучих веществ необходимо разработать антенные структуры для фотоактивации рецепторных центров. Характеристики таких хемосенсорных устройств (порог детектирования и срок службы детектора) могли бы стать намного лучше, если бы удалось реализовать вместо ныне применяемого прямого возбуждения светом хеморецепторного центра сенсибилизированное возбуждение этого центра при помощи молекулярных антенных структур.

Задачи создания молекулярных антенн, способных концентрировать энергию падающего ансамбля фотонов, востребованы и при разработке миниатюрных устройств генерации, передачи, управления, детектирования фотонов и создания вычислительных фотонных устройств.

Главный редактор, академик РАН М.В. АЛФИМОВ

Журнал «Российские нанотехнологии» №5–6 2016 год



обсудить публикацию

версия для печати



ай вао
Интервью

Композиты на острие 3D-принтинга


Учёные СПбПУ и Сколтеха разрабатывают «софт» и «железо» для трёхмерной печати композиционных изделий

читать полностью читать полностью




Acta Naturae



© ООО «Парк-медиа», 2007-2008

Разработка - Metric

Все права защищены
Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100