Genererer energi fra lysudsving

Forskere ved Laboratory of Organic Electronics ved Linköpings universitet har udviklet en metode og et materiale, der genererer en elektrisk impuls, når lyset svinger fra solskin til skygge og omvendt. Som resultat, det kan være muligt i fremtiden at høste energi ved hjælp af blade, der flagrer i vinden

"Planter og deres fotosyntesesystemer er løbende udsat for udsving mellem solskin og skygge. Vi har hentet inspiration fra dette og udviklet en kombination af materialer, hvor ændringer i opvarmningen mellem solskin og skygge genererer elektricitet. ”siger Magnus Jonsson, docent og hovedforsker for forskningsgruppen i organisk fotonik og nano-optik ved Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet.

Resultaterne, som er blevet verificeret i både forsøg og computersimuleringer, er blevet offentliggjort i Avancerede optiske materialer .

Sammen med forskere fra Göteborgs universitet, Magnus Jonsson og hans team har tidligere udviklet små nanoantenner, der absorberer sollys og genererer varme. De offentliggjorde en artikel sammen i Nano bogstaver i 2017, beskriver, hvordan antennerne, når de er indbygget i vinduesglas, kan reducere kuldefald og spare energi. Antennerne, med dimensioner i størrelsesordenen titalls nanometer, reagerer på nær infrarødt lys og genererer varme.

Mina Shiran Chaharsoughi, Ph.d. elev i Magnus Jonssons gruppe, har nu udviklet teknologien yderligere og skabt en lille optisk generator ved at kombinere de små antenner med en pyroelektrisk film. I sådan en film, der udvikles en elektrisk spænding over materialet, når det opvarmes eller afkøles. Temperaturændringen får ladninger til at bevæge sig og generering af en elektrisk strøm i kredsløbet.

Antennerne består af små metalskiver, i dette tilfælde guld nanodiscs, med en diameter på 160 nm (0,16 mikrometer). De placeres på et substrat og belægges med en polymerfilm for at skabe de pyroelektriske egenskaber. "Nanoantennerne kan fremstilles på tværs af store områder, med milliarder af de små skiver ensartet fordelt over overfladen. Afstanden mellem diske i vores tilfælde er cirka 0,3 mikrometer. Vi har brugt guld og sølv, men de kan også fremstilles af aluminium eller kobber, siger Magnus Jonsson.

Antennerne genererer varme, der derefter omdannes til elektricitet ved hjælp af polymeren. Det er først nødvendigt at polarisere polymerfilmen for at skabe en dipol på tværs af den, med en klar forskel mellem positiv og negativ ladning. Graden af ​​polarisering påvirker størrelsen af ​​den genererede strøm, mens tykkelsen af ​​polymerfilmen slet ikke synes at have nogen effekt.

"Vi tvinger polarisationen ind i materialet, og det forbliver polariseret i lang tid, "siger Mina Shiran Chaharsoughi. Chaharsoughi udførte et eksperiment for klart at demonstrere effekten, holder en kvist med blade i luftstrømmen fra en ventilator. Bladenes bevægelse skabte solskin og skygge på den optiske generator, som igen producerede små elektriske impulser og drev et eksternt kredsløb.

"Undersøgelsen er på et tidligt stadium, men vi kan i fremtiden muligvis bruge de naturlige udsving mellem solskin og skygge i træer til at høste energi, ”siger Magnus Jonsson.

Applikationer, der er tættere på hånden, kan findes i optikforskning, såsom detektering af lys i nanometerskalaen. Andre applikationer kan findes i optisk databehandling.