Ein weiterer Blick auf die Quantenpunkttechnologie von UbiQD für Landwirtschaft, Solar und darüber hinaus

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By Kenna Hughes-Castleberry gepostet am 06

In 2023 stellte das Nobelpreis für Chemie wurde mehreren Wissenschaftlern für die Entdeckung und Entwicklung des Quantenpunkts verliehen. Diese verschwindend kleinen Partikel, etwa 10,000 Mal kleiner als die Breite eines menschlichen Haares, sind für ihre hohe Effizienz und einstellbare Photolumineszenz (PL) bekannt und bieten ein Lichtemissionsspektrum in verschiedenen Farben. Die Einzigartigkeit von Quantenpunkten liegt in ihrer zwiebelähnlichen Struktur mit mehreren Schichten, die das Kernmaterial abschirmen, und ihrer Oberfläche, die mit „Haaren“ organischer Moleküle bedeckt ist.

Während Quantenpunkte am häufigsten in hochauflösenden digitalen Displays zu sehen sind, haben Unternehmen wie das in Los Alamos ansässige Unternehmen UbiQD (ausgesprochen „Ubiquität“) stehen an vorderster Front bei der Nutzung der bemerkenswerten Eigenschaften von Quantenpunkten (QDs). Landwirtschaft machen Solarenergie.

„Quantenpunkte ermöglichen es uns, mithilfe von Fluoreszenz eine neue Produktkategorie in der Landwirtschaft zu schaffen“, erklärte UbiQD-CEO und Gründer Dr. Hunter McDaniel zu Im Inneren der Quantentechnologie.

Ein zentraler Aspekt des UbiQD-Ansatzes ist die Präzision bei der Abstimmung der Größe und Zusammensetzung dieser Quantenpunkte. Dies wird durch eine sorgfältige Anpassung der Herstellungsbedingungen erreicht, die eine Verschiebung des Absorptionsbeginns und des PL-Spektrums über Wellenlängen hinweg ermöglicht. UbiQD ist insbesondere auf CIS-Quantenpunkte (Kupfer, Indium, Sulfid) spezialisiert und nutzt deren Größe und Einstellbarkeit, um herkömmliche Fluoreszenzfarbstoffe oder dotierte Leuchtstoffe zu ersetzen.

„Farbstoffe sind traditionell instabil“, erläuterte McDaniel. „Oft kommt es zu einem Ausbleichen, und daher müssen viele Folien, die in landwirtschaftlichen Umgebungen wie Gewächshäusern verwendet werden, UV-Stabilisatoren verwenden, um eine Destabilisierung zu vermeiden.“

Quantenpunkte in der Landwirtschaft

Derzeit konzentriert sich UbiQD auf die Weiterentwicklung von Quantenpunktanwendungen für nachhaltige Landwirtschaft und saubere Energie, insbesondere auf die Optimierung des Sonnenlichts in Gewächshäusern und die Verbesserung der Effizienz von Solarmodulen. In der Landwirtschaft werden die Quantenpunkte von UbiQD für die Integration in Gewächshausabdeckungen entwickelt, um die Vorteile des natürlichen Lichts für das Pflanzenwachstum zu maximieren und so den Ernteertrag und die Qualität zu steigern. UbiQD leistet außerdem Pionierarbeit bei der Entwicklung von Quantenpunkten zur Verbesserung der Effizienz von Solarmodulen und zielt darauf ab, die Gewinnung von Sonnenenergie zu revolutionieren. Über diese Anwendungen hinaus erforscht UbiQD die Anwendung seiner Technologie für Solarfenster und Sicherheitstinten und bietet Lösungen für intelligente Gebäudedesigns und Fälschungsschutzmaßnahmen

„Dieses Design hat viel Potenzial“, fügte McDaniel hinzu. „Mit verschiedenen einstellbaren Lichteinstellungen können Sie tatsächlich die Zusammensetzung Ihrer Ernte ändern, z. B. indem Sie ihnen einen höheren Zuckergehalt oder eine höhere Farbe verleihen.“

Doch bevor McDaniel und das UbiQD-Team beschließen, mehr Farben ihrer Quantenpunktprodukte zu entwickeln (die diese Effekte erzeugen können), konzentrieren sie sich mehr darauf, die Technologie so erschwinglich wie möglich zu machen.

Da Quantenpunkte für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden können, ist ihre Erschwinglichkeit der Schlüssel zur Erschließung unterschiedlicher Märkte. UbiQD hat ein patentiertes, skalierbares Verfahren zur Herstellung von Quantenpunkten entwickelt, das auf Thermodynamik statt auf komplexer Technik basiert und so seine Produkte zugänglicher macht. UbiQD ist als Materialhersteller und Technologielieferant tätig und vertreibt Quantenpunkte und Filme direkt über Vertriebshändler. Sie stellen sich ein langfristiges B2B-Modell vor, das bestehende Marktkanäle nutzt.

„Unser Ziel ist es, unser Produkt für möglichst viele verschiedene Pflanzenanwendungen möglichst allgemein zugänglich zu machen“, fügte McDaniel hinzu. „Um dies zu erreichen, skalieren wir unseren Herstellungsprozess und sorgen dafür, dass sich unsere Quantenpunktfilme leichter in die aktuelle landwirtschaftliche Infrastruktur integrieren lassen.“

Da die meisten landwirtschaftlichen Betriebe weltweit (insbesondere in der Nähe des Äquators) Kunststofffolien verwenden, die über Metallgewächshausrahmen drapiert sind, hofft das UbiQD-Team, diese normalen Kunststofffolien durch ihr Quantenpunktprodukt zu ersetzen.

„Jetzt haben Sie ein Dach, das Ihre Pflanzenproduktion steigern kann, was für die Landwirte größere Gewinnspannen bedeutet“, sagte McDaniel.

UbiGro Cover, eines der neuesten Produkte des Unternehmens unter seiner Tochtermarke UbiGro, wurde kürzlich Mitte November als Gewächshaus-Abdeckfolie auf den Markt gebracht, die die Photosynthese durch einstellbare Fluoreszenz verbessern kann. Die erste Linie dieses Produkts wird im März an Züchter weltweit ausgeliefert.

Wie McDaniel erklärte, ist UbiGro etwa sechsmal günstiger als ein früheres Design, wobei jeder Quadratfuß 50 Cent kostet. Während UbiGro nur in einer Farbe erhältlich ist, plant McDaniel die Ausweitung auf andere Farben für verschiedene Kulturen.

Die Strahlkraft von Quantenpunkten

Die Brillanz von Quantenpunkten beruht auf ihrer Effizienz bei der Umwandlung absorbierten Lichts in emittiertes Licht. UbiQD nutzt eine präzise Prozesssteuerung und Schutzhüllen, um Quantenausbeuten nahezu eins (Emission von nahezu 100 % des Lichts bei der Absorption) und Stabilität zu erreichen, selbst in anspruchsvollen äußeren Umgebungen. Diese hohe Effizienz erstreckt sich vom sichtbaren bis zum nahen Infrarotbereich (NIR).

McDaniel und sein Team nutzen die Fähigkeit der Quantenpunkte, Licht zu absorbieren, um auf Solarenergie ausgerichtete Produkte zu entwickeln, darunter Solarfenster.

„Wir sehen Quantenpunkte als Dreh- und Angelpunkt für neue Märkte“, fügte McDaniel hinzu. „Solarenergie ist einer dieser Märkte. Wir haben gesehen, dass Quantenpunkte aktuelle Solarprodukte möglicherweise sogar um das Zehnfache verbessern können.“

Ein Fokus auf Sicherheit

Neben der Schaffung eines strahlenderen und anpassbareren Produkts arbeitet UbiQD auch daran, den Herstellungsprozess sicherer zu machen. Bei der herkömmlichen Quantenpunktsynthese werden oft gefährliche Stoffe wie Cadmium, Blei oder Phosphine eingesetzt. Im Gegensatz dazu konzentriert sich UbiQD auf sicherere Quantenpunkte aus alltäglichen Materialien wie Kupfer, Zink und Schwefel und besitzt exklusive Lizenzen für diese Punkte von renommierten Institutionen wie dem MIT und dem Los Alamos National Lab.

Eine glänzende Zukunft für UbiQD

Mit Blick auf die Zukunft könnte die Technologie von UbiQD zahlreiche andere Branchen revolutionieren. Die einzigartigen Eigenschaften ihrer Quantenpunkte könnten in der medizinischen Bildgebung Anwendung finden, wo ihre einstellbare Fluoreszenz bei der präzisen Diagnostik hilfreich sein kann. In der Elektronik könnten diese Quantenpunkte die Farbe und Effizienz von Displays in Geräten wie Smartphones und Fernsehern verbessern. Darüber hinaus sind die Quantenpunkte von UbiQD aufgrund ihrer Umwelt- und Sicherheitsvorteile ideal für Initiativen zur nachhaltigen Entwicklung und tragen möglicherweise zu saubereren und effizienteren Energielösungen weltweit bei. Mit seinem innovativen Ansatz zur Quantenpunkttechnologie ist UbiQD bereit, Einfluss auf verschiedene Branchen zu nehmen und die Kraft dieser winzigen Partikel zu nutzen, um bedeutende Fortschritte zu erzielen.

Kenna Hughes-Castleberry ist geschäftsführende Redakteurin bei Inside Quantum Technology und Wissenschaftskommunikatorin bei JILA (einer Partnerschaft zwischen der University of Colorado Boulder und NIST). Zu ihren schriftstellerischen Schwerpunkten zählen Deep Tech, Quantencomputing und KI. Ihre Arbeiten wurden unter anderem in Scientific American, Discover Magazine, New Scientist und Ars Technica vorgestellt.

Kategorien: Photonik, Quantencomputing, Forschungsprojekte

Stichworte: Landwirtschaft, Quantenpunkte, Solarstrom, UbiQD