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低強(qiáng)度的可見藍(lán)光或較低能量的光子被轉(zhuǎn)換為較高能量的紫外線光子，使用的是在圓形玻璃基底上形成的固體薄膜。

紫外線通過光催化反應(yīng)有效殺死病毒和細(xì)菌的能力是另一個(gè)重要的應(yīng)用。然而，只有一小部分太陽光屬于紫外線范圍，使得大部分光譜無法用于這一目的。

光子上轉(zhuǎn)換（UC）可能是解決這一問題的關(guān)鍵。它是將長(zhǎng)波長(zhǎng)、低能量的光子（如存在于可見光中的光子）通過一個(gè)被稱為"三倍體-三倍體湮滅"（TTA）的過程轉(zhuǎn)換為短波長(zhǎng)、高能量的光子（如存在于紫外光中的光子）。

該領(lǐng)域以前的工作報(bào)告了使用有機(jī)溶劑溶液的可見光到紫外線的UC，這些溶液需要首先脫氧，然后密封在一個(gè)密閉的容器中，以防止暴露在氧氣中，而氧氣會(huì)使基于TTA的光子UC樣品失活和退化。這些材料不僅在氧氣存在的情況下缺乏光穩(wěn)定性，而且在陽光強(qiáng)度的入射光下也不能有效地發(fā)揮作用。這些問題給光子UC的實(shí)際應(yīng)用帶來了障礙。

現(xiàn)在，東京理工大學(xué)的兩位科學(xué)家--村上洋一教授和他的研究生榎本力已經(jīng)想出了解決這些問題的辦法--一種革命性的固體薄膜，可以對(duì)微弱的入射光進(jìn)行可見光到紫外線的光子UC，同時(shí)在空氣中保持前所未有的光穩(wěn)定性。他們?cè)诎l(fā)表于《材料化學(xué)雜志C》的論文中描述了這一突破性發(fā)明。

村上洋一教授解釋了他們研究的新穎性。"我們的發(fā)明將使低強(qiáng)度光的可見部分，如太陽光和LED室內(nèi)光，能夠被實(shí)際利用，用于有效利用紫外線的應(yīng)用。而且它的光穩(wěn)定性--經(jīng)證明至少超過100小時(shí)，即使在空氣存在的情況下--是任何基于TTA的光子UC材料有史以來最高的報(bào)告，無論材料形式如何。"

除了這一創(chuàng)紀(jì)錄的光穩(wěn)定性，這些薄膜還具有超低的激發(fā)閾值（只有0.3倍的太陽強(qiáng)度）和4.3%的高UC量子產(chǎn)率（歸一化UC發(fā)射效率為8.6%）--兩者都在空氣中存在，這使得這種材料成為獨(dú)一無二存在，因?yàn)榇蠖鄶?shù)這類材料在暴露于空氣中時(shí)都會(huì)失去其光子UC能力。

為了制備這種材料，研究人員將增感劑（即能夠吸收較長(zhǎng)波長(zhǎng)光子的分子發(fā)色團(tuán)）與大量的湮滅劑（即從增感劑中接收三重激發(fā)能量，然后引起TTA過程的有機(jī)分子）融為一體；增感劑和湮滅劑的組合由研究人員選定。然后，這種雙組分熔體在一個(gè)溫度梯度控制的表面上被冷卻，形成一個(gè)固態(tài)的可見光至紫外光子UC薄膜。

這種新穎的溫度梯度凝固技術(shù)具有高度的可控性和可重復(fù)性，這意味著它與現(xiàn)實(shí)的工業(yè)流程是兼容的。村上教授表示："我們相信，溫控凝固可以為開發(fā)先進(jìn)的光子UC薄膜提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這也是在不使用有機(jī)溶劑的情況下在固體基底上進(jìn)行的，這項(xiàng)工作首次證明了這一點(diǎn)。"

最后，為了證明該薄膜的可見光-紫外線光子UC，研究人員用僅由可見光組成的1個(gè)太陽強(qiáng)度的模擬太陽光成功地固化了一種樹脂，否則需要用紫外線來完成同樣的過程。

這項(xiàng)研究首次提出了一類具有前所未有的光穩(wěn)定性的新型UC固體，可以現(xiàn)實(shí)地用于在空氣存在下將低強(qiáng)度可見光光子上轉(zhuǎn)換為紫外線光子。"村上教授總結(jié)說："我們的研究不僅將擴(kuò)大對(duì)一類新的紫外光生成材料的探索，而且還將有助于大幅拓寬豐富的微弱可見光的效用，使其走向由紫外光驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用。