Un nuevo dispositivo reconfigurable que emite patrones de luz infrarroja térmica de una manera totalmente controlable podría algún día hacer posible recolectar el calor residual en longitudes de onda infrarrojas y convertirlo en energía utilizable.
La nueva tecnología podría usarse para mejorar los termofotovoltaicos, un tipo de celda solar que utiliza luz infrarroja o calor, en lugar de la luz visible absorbida por las celdas solares tradicionales. Los científicos han estado trabajando para crear termofotovoltaicos que sean lo suficientemente prácticos para recolectar elenergía térmica que se encuentra en áreas calientes, como alrededor de hornos y hornos utilizados por la industria del vidrio. También podrían usarse para convertir el calor proveniente de los motores de los vehículos en energía para cargar la batería de un automóvil, por ejemplo.
"Debido a que la emisión de energía infrarroja, o la intensidad, es controlable, este nuevo emisor de infrarrojos podría proporcionar una forma personalizada de recolectar y utilizar energía del calor", dijo Willie J. Padilla de la Universidad de Duke, Carolina del Norte. "Hay una grangran interés en utilizar el calor residual, y nuestra tecnología podría mejorar este proceso ".
El nuevo dispositivo se basa en metamateriales, materiales sintéticos que exhiben propiedades exóticas que no están disponibles en materiales naturales. Padilla y el estudiante de doctorado Xinyu Liu utilizaron un metamaterial diseñado para absorber y emitir longitudes de onda infrarrojas con muy alta eficiencia. Combinándolo con el control electrónicomovimiento disponible de los sistemas microelectromecánicos MEMS, los investigadores crearon el primer dispositivo de metamaterial con propiedades de emisión de infrarrojos que se pueden cambiar rápidamente píxel por píxel.
Como se informó en la revista The Optical Society para investigaciones de alto impacto Óptica , el nuevo dispositivo emisor de infrarrojos consiste en una matriz de 8 × 8 de píxeles controlables individualmente, cada uno de los cuales mide 120 x 120 micrones. Demostraron el dispositivo de metamaterial MEMS creando una "D" que es visible con una cámara de infrarrojos.
Los investigadores informan que su emisor de infrarrojos puede alcanzar un rango de intensidades de infrarrojos y puede mostrar patrones a velocidades de hasta 110 kHz, o más de 100.000 veces por segundo. La ampliación de la tecnología podría permitir que se utilice para crear infrarrojos dinámicospatrones para la identificación de amigos o enemigos durante el combate.
sin calor involucrado
A diferencia de los métodos que se utilizan normalmente para lograr una emisión de infrarrojos variable, la nueva tecnología emite energías infrarrojas sintonizables sin ningún cambio de temperatura. Dado que el material no se calienta ni se enfría, el dispositivo se puede utilizar a temperatura ambiente mientras que otros métodos requieren un alto nivel de funcionamiento.temperaturas. Aunque los experimentos con materiales naturales han tenido éxito a temperatura ambiente, se limitan a rangos espectrales infrarrojos estrechos.
"Además de permitir el funcionamiento a temperatura ambiente, el uso de metamateriales facilita la escala en todo el rango de longitud de onda infrarroja y en las frecuencias visibles o más bajas", dijo Padilla. "Esto se debe a que las propiedades del dispositivo se logran mediante la geometría, nopor la naturaleza química de los materiales constituyentes que estamos usando ".
El nuevo emisor de infrarrojos reconfigurable consiste en una capa superior móvil de metamaterial metálico estampado y una capa metálica inferior que permanece estacionaria. El dispositivo absorbe fotones infrarrojos y los emite con alta eficiencia cuando las dos capas se tocan, pero emite menos energía infrarroja cuando eldos capas están separadas. Un voltaje aplicado controla el movimiento de la capa superior, y la cantidad de energía infrarroja emitida depende del voltaje exacto aplicado.
Emisión dinámica de infrarrojos
Usando una cámara infrarroja, los investigadores demostraron que podían modificar dinámicamente la cantidad de fotones infrarrojos que salen de la superficie del metamaterial MEMS en un rango de intensidades equivalente a un cambio de temperatura de casi 20 grados Celsius.
Los investigadores dicen que podrían modificar los patrones de metamaterial utilizados en la capa superior para crear píxeles infrarrojos de diferentes colores que serían sintonizables en intensidad. Esto podría permitir la creación de píxeles infrarrojos que son similares a los píxeles RGB utilizados en unTV. Ahora están trabajando para escalar la tecnología haciendo un dispositivo con más píxeles hasta 128 X 128 y aumentando el tamaño de los píxeles.
"En principio, un enfoque similar al nuestro podría usarse para crear muchos tipos de efectos dinámicos a partir de metamateriales reconfigurables", dijo Padilla. Esto podría usarse para lograr una capa óptica infrarroja dinámica o un índice de refracción negativo en el infrarrojo,por ejemplo."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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