Lasere ætser en perfekt solenergi -absorber

University of Rochester forskningslaboratorium, der for nylig brugte lasere til at skabe usænkelige metalliske strukturer, har nu demonstreret, hvordan den samme teknologi kunne bruges til at skabe yderst effektive solkraftgeneratorer.

I et papir i Lys:Videnskab og applikationer , laboratoriet i Chunlei Guo, professor i optik også tilknyttet Physics and the Material Sciences Program, beskriver brug af kraftige femto-sekund laserpulser til at ætsje metaloverflader med nanoskala strukturer, der selektivt kun absorberer lys ved solbølgelængderne, men ikke andre steder.

En almindelig metaloverflade er skinnende og stærkt reflekterende. År siden, Guo -laboratoriet udviklede en black metal -teknologi, der gjorde skinnende metaller kulsorte. "Men for at lave en perfekt solabsorber, "Guo siger, "Vi har brug for mere end et sort metal, og resultatet er denne selektive absorber."

Denne overflade forbedrer ikke kun energiabsorberingen fra sollys, men reducerer også varmeafledning ved andre bølgelængder, træde i kræft, "at lave en perfekt metallisk solabsorber for første gang, "Guo siger." Vi demonstrerer også udnyttelse af solenergi med en termisk elektrisk generator. "

"Dette vil være nyttigt for enhver termisk solenergi -absorber eller høstingsenhed, "især på steder med rigeligt sollys, tilføjer han.

Værket blev finansieret af Bill and Melinda Gates Foundation, hærens forskningskontor, og National Science Foundation.

Forskerne eksperimenterede med aluminium, kobber, stål, og wolfram, og fandt ud af, at wolfram, almindeligvis brugt som termisk solabsorber, havde den højeste solabsorptionseffektivitet ved behandling med de nye nanoskala strukturer. Dette forbedrede effektiviteten af ​​termisk elektrisk produktion med 130 procent i forhold til ubehandlet wolfram.

Medforfattere inkluderer Sohail Jalil, Bo Lai, Mohamed Elkabbash, Jihua Zhang, Erik M. Garcell, og Subhash Singh fra Guo -laboratoriet.

Laboratoriet har også brugt femto-anden laser-ætsningsteknologien til at skabe superhydrofobe (vandafvisende) og superhydrofile (vandtrækkende) metaller. I november 2019, for eksempel, Guos laboratorium rapporterede om at skabe metalliske strukturer, der ikke synker, uanset hvor ofte de tvinges i vand, eller hvor meget det er beskadiget eller punkteret.

Dette nye papir, imidlertid, udvider laboratoriets indledende arbejde med femto-sekund laser-ætset sort metal.

Inden man skaber vandtiltrækkende og afvisende metaller, Guo og hans assistent, Anatoliy Vorobyev, demonstreret brugen af ​​femto-sekund laserpulser til at gøre næsten ethvert metal kulsort. Overfladestrukturer skabt på metallet var utroligt effektive til at fange indgående stråling, såsom lys. Men de fangede lys over en bred vifte af bølgelængder.

Efterfølgende, hans team brugte en lignende proces til at ændre farven på en række metaller til forskellige farver, såsom blå, gylden, og grå, ud over det allerede opnåede sorte. Ansøgningerne kan omfatte fremstilling af farvefiltre og optiske spektrale enheder, en bilfabrik, der bruger en enkelt laser til at producere biler i forskellige farver; ætsning af et fuldfarvefotografi af en familie i køleskabsdøren; eller foreslå med en guldforlovelsesring, der matcher farven på din forlovedes blå øjne.

Laboratoriet brugte også den indledende sorte og farvede metalteknik til at skabe en unik række nano- og mikroskala strukturer på overfladen af ​​et almindeligt wolframfilament, gør det muligt for en pære at lyse mere klart ved det samme energiforbrug.

"Vi affyrede laserstrålen lige igennem pærens glas og ændrede en plaster på glødetråden. Da vi tændte pæren, vi kunne faktisk se, at denne patch var klart lysere end resten af ​​filamentet, "Sagde Guo.