Ny forskning afslører graphene møløjne til at drive fremtidens smarte teknologier

• Ny ultratynd, mønstrede grafenark vil være afgørende i design af fremtidige teknologier såsom 'smart tapet' og internet-of-things-applikationer
• Advanced Technology Institute bruger møl-inspirerede ultratynde grafenplader til at fange lys til brug i energiproduktion og til at drive smarte sensorer
• Grafen er traditionelt et fremragende elektronisk materiale, men er ineffektiv til optiske applikationer, absorberer kun 2,3 % af det lys, der falder ind på den. En ny teknik forbedrer lysabsorptionen med 90 %.

Ny forskning offentliggjort i dag i Videnskabens fremskridt har vist, hvordan grafen kan manipuleres for at skabe det mest lysabsorberende materiale for dets vægt, til dato. Dette nanometertynde materiale vil muliggøre fremtidige applikationer såsom 'smart tapet', der kunne generere elektricitet fra spildlys eller varme, og driver et væld af applikationer inden for det voksende 'tingenes internet'.

Ved at bruge en teknik kendt som nanoteksturering, som involverer dyrkning af grafen omkring en tekstureret metaloverflade, forskere fra University of Surrey's Advanced Technology Institute tog inspiration fra naturen til at skabe ultratynde grafenplader designet til mere effektivt at fange lys. Kun et atom tykt, grafen er meget stærk, men traditionelt ineffektiv til lysabsorption. For at bekæmpe dette, holdet brugte nanomønstret til at lokalisere lys i de smalle mellemrum mellem den teksturerede overflade, øger mængden af ​​lys absorberet af materialet med omkring 90%.

"Naturen har udviklet enkle, men kraftfulde tilpasninger, hvorfra vi har hentet inspiration for at besvare udfordringerne fra fremtidens teknologier, " forklarede professor Ravi Silva, Leder af Højteknologisk Institut.

"Møls øjne har mikroskopiske mønstre, der gør det muligt for dem at se under de mest dunkle forhold. Disse virker ved at kanalisere lys mod midten af ​​øjet, med den ekstra fordel at eliminere refleksioner, som ellers ville advare rovdyr om deres placering. Vi har brugt samme teknik til at lave en fantastisk tynd, effektiv, lysabsorberende materiale ved at mønstre grafen på en lignende måde."

Grafen er allerede blevet bemærket for sin bemærkelsesværdige elektriske ledningsevne og mekaniske styrke. Professor Ravis team forstod, at for at grafens potentiale kunne realiseres som materiale til fremtidige applikationer, den skal også udnytte lys og varme effektivt.

Professor Silva kommenterede:"Solceller belagt med dette materiale ville være i stand til at høste meget svagt lys. Installeret indendørs, som en del af fremtidens 'smart wallpaper' eller 'smart windows', dette materiale kan generere elektricitet fra spildlys eller varme, driver en lang række smarte applikationer. Nye typer sensorer og energihøstere forbundet via tingenes internet ville også drage fordel af denne type belægning."

Dr. José Anguita fra University of Surrey og hovedforfatter af papiret kommenterede:"Som et resultat af dets tynde, grafen er kun i stand til at absorbere en lille procentdel af det lys, der falder på den. Af denne grund, det er ikke egnet til den slags optoelektroniske teknologier, som vores 'kloge' fremtid vil kræve."

"Nanoteksturerende grafen har den virkning at kanalisere lyset ind i de smalle mellemrum mellem nanostrukturer, derved øger mængden af ​​lys, der absorberes af materialet. Det er nu muligt at observere stærk lysabsorption fra selv nanometertynde film. Typisk vil et grafenark have 2-3% lysabsorption. Ved at bruge denne metode, vores ultratynde belægning af nanotekstureret få-lags grafen absorberer 95 % af det indfaldende lys over et bredt spektrum, fra UV til infrarød."

Professor Ravi Silva bemærkede:"Det næste skridt er at inkorporere dette materiale i en række eksisterende og nye teknologier. Vi er meget begejstrede for potentialet for at udnytte dette materiale i eksisterende optiske enheder til forbedring af ydeevnen, mens du søger mod nye applikationer. Gennem Surreys EPSRC-finansierede Graphene Centre, vi leder efter industripartnere til at udnytte denne teknologi og er ivrige efter at høre fra innovative virksomheder, som vi kan udforske fremtidens anvendelser af denne teknologi med os."

Surrey-teamet udviklede denne teknologi i samarbejde med BAE Systems til infrarød billeddannelse i opto-MEM-enheder.