Se estima que EE. UU. No usa más de la mitad de la energía que genera, principalmente porque se escapa como calor residual. Los científicos de la Universidad de Colorado están desarrollando un nuevo tipo de sistema para capturar eficientemente parte de ese calor perdido.Han diseñado una superficie que mejora la radiación térmica de baja frecuencia, que es más fácil que las frecuencias más altas para "cosechar" directamente del aire y convertirla en electricidad de CC utilizable.
Los investigadores describirán la superficie en el 62º Simposio y Exposición Internacional AVS, celebrado del 18 al 23 de octubre en San José, California.
Los objetos que se calientan a partir de la energía desperdiciada emiten oscilaciones electromagnéticas, similares a la corriente alterna CA que alimenta los hogares y las empresas, dijo Won Park, ingeniero eléctrico de la Universidad de Colorado Boulder. La diferencia es la frecuencia de la oscilación:- la electricidad de una toma de corriente en América del Norte oscila 60 veces por segundo, en comparación con las decenas de billones de oscilaciones por segundo para la mayoría de la radiación térmica de los objetos calientes.
Cuando conecta un dispositivo como una computadora a la pared, los circuitos electrónicos en la fuente de alimentación de la computadora convierten las oscilaciones de CA en corriente continua CC que el dispositivo puede usar. La conversión de CA a CC se realiza mediante un componente electrónico llamadorectificador. De manera similar, las oscilaciones electromagnéticas en el aire pueden convertirse en corriente continua mediante un dispositivo llamado rectenna, que combina la función de una antena de recibir ondas electromagnéticas con la función de un rectificador de producir corriente continua.
Los diseños actuales de rectenna funcionan mejor a frecuencias más bajas. Sin embargo, el calor residual de los objetos calientes puede llegar al rango de 100 THz 100 billones de ciclos por segundo. Park y sus colegas encontraron una manera de mejorar la emisión térmica de cuerpos calientes en el extremo inferiordel espectro alrededor de 1 THz manipulando la superficie del objeto.
El equipo de Park usa software para analizar cómo la topología a nanoescala de una superficie, sus protuberancias, agujeros o ranuras, cambia la forma en que la radiación electromagnética interactúa con la superficie. En algunos casos, la geometría apoya la formación de una onda de ondas electrónicascargas, llamadas plasmones, que abrazan la superficie.
"Diseñamos la superficie para soportar una onda superficial, porque la presencia de la ola ofrece una nueva vía para la ingeniería de emisión térmica", dijo Park. Para el caso de optimizar la recolección de energía térmica, los investigadores descubrieron que podían "sintonizar espectralmente"una superficie para emitir más radiación a 1 THz de frecuencia.
Los investigadores primero optimizaron el diseño, que consiste en una placa de cobre con una serie regular de pequeños agujeros, usando simulaciones. Luego construyeron el diseño en el laboratorio y confirmaron que la placa realmente produjo el tipo de ondas de superficie predichas por elsimulaciones
Los investigadores también usaron modelado por computadora para diseñar una antena en forma de corbatín que capturaría efectivamente la emisión térmica mejorada. Las simulaciones predicen que una antena colocada cerca de la superficie del agujero podría capturar 10,000 a 100,000 veces más energía térmica que una antena en espacio abierto.El equipo está en el proceso de probar experimentalmente esta predicción y espera tener nuevos resultados para informar pronto. Los resultados también ayudarán al equipo a calcular cómo la recolección de energía térmica rectenna podría compararse con otras formas de recolectar calor residual, como los materiales termoeléctricos.
La presentación de Park es una de las muchas en la reunión de AVS sobre la tecnología de las rectennas. Park señala que otros equipos discutirán los enfoques para mejorar el rendimiento de las rectennas en frecuencias más altas, así como las formas de optimizar grandes conjuntos de rectennas.
La presentación EM + AS + SS-MoM6, "Rectenna mejorada metamaterial para la recolección eficiente de energía", es a las 10:00 am del lunes 19 de octubre. La investigación descrita en esta historia está financiada en parte por una subvención de Redwave EnergyC ª.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por AVS: Ciencia y tecnología de materiales, interfaces y procesamiento . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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