Un ulteriore sguardo alla tecnologia Quantum Dot di UbiQD per l'agricoltura, l'energia solare e altro ancora

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By Kenna Hughes-Castleberry pubblicato il 06 febbraio 2024

In 2023, l' Premio Nobel per la chimica è stato assegnato a diversi scienziati per la scoperta e lo sviluppo del punto quantico. Queste particelle incredibilmente piccole, circa 10,000 volte più piccole della larghezza di un capello umano, sono note per la loro alta efficienza e la fotoluminescenza regolabile (PL), che offre uno spettro di emissione di luce in vari colori. L'unicità dei punti quantici risiede nella loro struttura a cipolla, con più strati che proteggono il materiale centrale e la loro superficie ricoperta da "peli" di molecole organiche.

Sebbene i punti quantici siano più comunemente visibili nei display digitali ad alta risoluzione, aziende come quelle con sede a Los Alamos UbiQD (pronunciato “ubiquità”) sono in prima linea nello sfruttamento delle straordinarie proprietà dei punti quantici (QD) in agricoltura ed energia solare.

"I punti quantici ci consentono di creare una nuova categoria di prodotti in agricoltura utilizzando la fluorescenza", ha spiegato il CEO e fondatore di UbiQD, il Dr. Hunter McDaniel a Dentro la tecnologia quantistica.

Un aspetto chiave dell'approccio di UbiQD è la precisione nella regolazione delle dimensioni e della composizione di questi punti quantici. Ciò si ottiene regolando meticolosamente le condizioni di produzione, consentendo uno spostamento nell’inizio dell’assorbimento e nello spettro PL attraverso le lunghezze d’onda. In particolare, UbiQD è specializzato in punti quantici CIS (rame, indio, solfuro), sfruttando le loro dimensioni e la loro possibilità di regolazione per sostituire i tradizionali coloranti fluorescenti o fosfori drogati.

"I coloranti sono tradizionalmente instabili", ha spiegato McDaniel. "Spesso si verifica uno sbiadimento e molte pellicole utilizzate in ambienti agricoli come le serre devono utilizzare stabilizzatori ultravioletti (UV) per evitare la destabilizzazione."

Punti quantici in agricoltura

Attualmente, UbiQD si sta concentrando sull’avanzamento delle applicazioni dei punti quantici per l’agricoltura sostenibile e l’energia pulita, in particolare ottimizzando la luce solare nelle serre e migliorando l’efficienza dei moduli solari. In agricoltura, i punti quantici di UbiQD sono progettati per l’integrazione nelle coperture delle serre, massimizzando i benefici della luce naturale per la crescita delle piante per aumentare la resa e la qualità del raccolto. UbiQD è anche pioniere nello sviluppo di punti quantici per migliorare l’efficienza dei pannelli solari, con l’obiettivo di rivoluzionare la cattura dell’energia solare. Oltre a queste applicazioni, UbiQD sta esplorando l’applicazione della propria tecnologia per finestre solari e inchiostri di sicurezza, offrendo soluzioni per la progettazione di edifici intelligenti e misure anticontraffazione

"Questo design ha molto potenziale", ha aggiunto McDaniel. "Con diverse impostazioni di luce regolabili, puoi effettivamente modificare la composizione del tuo raccolto, ad esempio aumentandone il contenuto di zucchero o il colore."

Ma prima che McDaniel e il team UbiQD decidano di perseguire più colori per i loro prodotti a punti quantici (che possono produrre questi effetti), si concentrano maggiormente sul rendere la tecnologia il più conveniente possibile.

Poiché i punti quantici possono essere utilizzati per varie applicazioni, la loro convenienza è fondamentale per penetrare in diversi mercati. UbiQD ha sviluppato un processo brevettato e scalabile per la creazione di punti quantici che si basa sulla termodinamica piuttosto che sull’ingegneria complessa, rendendo i suoi prodotti più accessibili. UbiQD opera come produttore di materiali e fonte di tecnologia, vendendo direttamente punti quantici e pellicole tramite distributori. Prevedono un modello B2B a lungo termine, sfruttando i canali di mercato esistenti.

"Il nostro obiettivo è rendere il nostro prodotto il più ampiamente accessibile possibile con il maggior numero possibile di applicazioni diverse per le colture", ha aggiunto McDaniel. “Per fare ciò stiamo ridimensionando il nostro processo di produzione e rendendo le nostre pellicole a punti quantici più facilmente integrabili nell’attuale infrastruttura agricola”.

Poiché la maggior parte delle strutture agricole in tutto il mondo (in particolare vicino all’equatore) utilizzano pellicole di plastica drappeggiate su telai metallici per serre, il team UbiQD spera di sostituire questi normali fogli di plastica con il loro prodotto a punti quantici.

“Ora disponi di un tetto che può incrementare la produzione agricola, il che, per gli agricoltori, significa margini di profitto più ampi”, ha affermato McDaniel.

UbiGro Cover, uno dei prodotti più recenti dell'azienda sotto il marchio figlio UbiGro, è stato recentemente rilasciato a metà novembre come pellicola di copertura per serre, che può migliorare la fotosintesi attraverso la fluorescenza regolabile. La prima linea di questo prodotto verrà spedita ai coltivatori di tutto il mondo a marzo.

Come ha spiegato McDaniel, UbiGro è circa sei volte più economico di un progetto precedente, con ogni metro quadrato che costa 50 centesimi. Mentre UbiGro è disponibile in un solo colore, McDaniel prevede di espandersi ad altri colori destinati a colture diverse.

La luminosità dei punti quantici

La brillantezza dei punti quantici deriva dalla loro efficienza nel convertire la luce assorbita in luce emessa. UbiQD sfrutta il controllo di precisione del processo e i gusci protettivi per ottenere rendimenti quantici prossimi all'unità (emettendo quasi il 100% della luce mentre assorbono) e stabilità, anche in ambienti esterni difficili. Questa elevata efficienza si estende dalla gamma del visibile a quella del vicino infrarosso (NIR).

McDaniel e il suo team sfruttano la capacità dei punti quantici di assorbire la luce per sviluppare prodotti focalizzati sull'energia solare, comprese le finestre solari.

“Consideriamo i punti quantici come un fulcro verso nuovi mercati”, ha aggiunto McDaniel. “L’energia solare è uno di questi mercati. Abbiamo visto i punti quantici essere in grado di migliorare gli attuali prodotti solari, forse anche dieci volte di più”.

Focus sulla sicurezza

Oltre a creare un prodotto più radioso e sintonizzabile, UbiQD lavora anche per rendere più sicuro il suo processo di produzione. La sintesi tradizionale dei punti quantici spesso coinvolge materiali pericolosi come cadmio, piombo o fosfine. Al contrario, UbiQD si concentra su punti quantici più sicuri realizzati con materiali di uso quotidiano come rame, zinco e zolfo, detenendo licenze esclusive per questi punti da istituzioni prestigiose come il MIT e il Los Alamos National Lab.

Un futuro luminoso per UbiQD

Guardando al futuro, la tecnologia di UbiQD potrebbe rivoluzionare numerosi altri settori. Le proprietà uniche dei loro punti quantici potrebbero trovare applicazioni nell’imaging medico, dove la loro fluorescenza regolabile può aiutare nella diagnostica precisa. Nell’elettronica, questi punti quantici potrebbero migliorare il colore e l’efficienza dei display di dispositivi come smartphone e TV. Inoltre, i vantaggi ambientali e di sicurezza dei punti quantici di UbiQD li rendono ideali per iniziative di sviluppo sostenibile, contribuendo potenzialmente a soluzioni energetiche più pulite ed efficienti in tutto il mondo. Con il suo approccio innovativo alla tecnologia dei punti quantici, UbiQD è pronta ad avere un impatto su vari settori, sfruttando la potenza di queste minuscole particelle per apportare progressi significativi.

Kenna Hughes-Castleberry è caporedattore di Inside Quantum Technology e comunicatore scientifico presso JILA (una partnership tra l'Università del Colorado Boulder e il NIST). I suoi ritmi di scrittura includono la tecnologia profonda, l'informatica quantistica e l'intelligenza artificiale. Il suo lavoro è stato presentato su Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica e altro ancora.

Categorie: fotonica, calcolo quantistico, riparazioni

Tag: agricoltura, punti quantici, solare, UbiQD