El laboratorio de investigación de la Universidad de Rochester que recientemente utilizó láseres para crear estructuras metálicas insumergibles ahora ha demostrado cómo se podría usar la misma tecnología para crear generadores de energía solar altamente eficientes.
En un papel en Luz: ciencia y aplicaciones , el laboratorio de Chunlei Guo, profesor de óptica también afiliado a Física y al Programa de Ciencias de los Materiales, describe el uso de potentes pulsos láser de femto-segundo para grabar superficies metálicas con estructuras a nanoescala que absorben selectivamente la luz solo en las longitudes de onda solar, pero no en otros lugares.
Una superficie de metal normal es brillante y altamente reflectante. Hace años, el laboratorio Guo desarrolló una tecnología de metal negro que convirtió a los metales brillantes en un tono negro ". Pero para hacer un absorbente solar perfecto", dice Guo, "necesitamos más que un negrometal y el resultado es este absorbente selectivo ".
Esta superficie no solo mejora la absorción de energía de la luz solar, sino que también reduce la disipación de calor en otras longitudes de onda, en efecto, "haciendo un absorbente solar metálico perfecto por primera vez", dice Guo. "También demostramos el aprovechamiento de la energía solar con undispositivo generador de electricidad térmica ".
"Esto será útil para cualquier dispositivo de captación o absorción de energía solar térmica", particularmente en lugares con abundante luz solar, agrega.
El trabajo fue financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates, la Oficina de Investigación del Ejército y la Fundación Nacional de Ciencias.
Los investigadores experimentaron con aluminio, cobre, acero y tungsteno, y descubrieron que el tungsteno, comúnmente utilizado como absorbente solar térmico, tenía la mayor eficiencia de absorción solar cuando se trataba con las nuevas estructuras a nanoescala. Esto mejoró la eficiencia de la generación eléctrica térmicaen un 130 por ciento en comparación con el tungsteno no tratado.
Los coautores incluyen a Sohail Jalil, Bo Lai, Mohamed Elkabbash, Jihua Zhang, Erik M. Garcell y Subhash Singh del laboratorio Guo.
El laboratorio también ha utilizado la tecnología de grabado láser de femto-segundo para crear metales superhidrófobos repelentes al agua y superhidrófilos que atraen el agua. En noviembre de 2019, por ejemplo, el laboratorio de Guo informó la creación de estructuras metálicas que no se hunden sin importar cómoa menudo son forzados a entrar al agua o cuánto está dañado o perforado.
Este nuevo documento, sin embargo, se expande sobre el trabajo inicial del laboratorio con metal negro grabado con láser de femto-segundo.
Antes de crear el metal que atrae y repele el agua, Guo y su asistente, Anatoliy Vorobyev, demostraron el uso de pulsos láser de femto-segundo para convertir casi cualquier tono de metal negro. Las estructuras de superficie creadas en el metal fueron increíblemente efectivas para capturarradiación, como la luz, pero capturaron la luz en una amplia gama de longitudes de onda.
Posteriormente, su equipo utilizó un proceso similar para cambiar el color de una gama de metales a varios colores, como azul, dorado y gris, además del negro ya logrado. Las aplicaciones podrían incluir la fabricación de filtros de color y espectrales ópticosdispositivos, una fábrica de automóviles que utiliza un solo láser para producir automóviles de diferentes colores; grabar una fotografía a todo color de una familia en la puerta del refrigerador; o proponer con un anillo de compromiso dorado que coincida con el color de los ojos azules de su prometida.
El laboratorio también utilizó la técnica inicial de metal negro y de color para crear una matriz única de estructuras a nano y microescala en la superficie de un filamento de tungsteno regular, lo que permite que una bombilla brille más intensamente con el mismo uso de energía
"Disparamos el rayo láser directamente a través del cristal de la bombilla y modificamos un parche en el filamento. Cuando encendimos la bombilla, pudimos ver que este parche era claramente más brillante que el resto del filamento", dijo Guo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rochester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :