Undersøgelse af nye måder at styre termisk stråling på

Når forskere forsøger at gøre tingene bedre, de vil ofte vende sig til en standardregel og forsøge at modbevise eller forstyrre den.

Et konsortium af forskere, der brugte det unikke Molecular Foundry ved Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) satte sig for at gøre netop det med Plancks lov.

Plancks lov, som danner grundlaget for kvanteteorien, fastslår, at elektromagnetisk stråling fra opvarmede legemer er fordelt over en lang række bølgelængder og mange vinkler.

Imidlertid, Max Planck bemærkede selv, at den udsendende energifordeling ville afvige væsentligt fra hans lov, hvis den karakteristiske størrelse af det emitterende objekt er mindre end den termiske bølgelængde (ca. 10 mikrometer ved stuetemperatur). Med fremkomsten af ​​mikro- og nanoteknologi, det er let at fremstille materialer, hvor Plancks lov ikke holder.

Forskerne satte sig for at bestemme afvigelsen fra Plancks lov for at forstå denne indvirkning på teknologier baseret på nano- og mikrostrukturerede geometrier. Forestil dig et termisk lagermateriale, der konverterer elektricitet til varme og derefter udstråler det til en fotovoltaisk celle for at få elektriciteten tilbage, når det ønskes. Den strålende emitter fra den termiske lagring kunne være fremstillet af nanostrukturer for at maksimere ydelsen.

Et andet eksempel er inden for høj temperatur nano-geometri-baseret termoelektrisk, hvor høj temperatur spildvarme omdannes til elektricitet. Det er vigtigt at forstå strålingen fra disse nanoskala funktioner, da stråling er den dominerende kilde til varmelækage ved høje temperaturer og vil føre til reduktion i varme-til-elektricitet-konverteringseffektivitet.

Støttende industri

Forskning som denne er, hvad amerikanske nationale laboratorier fokuserer på. Forskere stiller spørgsmålene og laver de eksperimenter, som industrien muligvis ikke kan understøtte tidligt.

Videnskabelige brugerfaciliteter såsom Molecular Foundry hjælper også med denne type forskning. The Molecular Foundry er en Department of Energy (DOE) -finansieret nanovidenskabelig forskningsenhed, der giver brugere fra hele verden adgang til spidskompetence, instrumenterings- og modelleringsværktøjer i et samarbejde, tværfagligt miljø.

I dette tilfælde, forskere brugte de strålingsmodeller, der findes i Molecular Foundry, til at modellere den termiske stråling fra rektangulære nanoribbons af silicaglas, et polært dielektrisk materiale. Modelleringen blev udført ved hjælp af supercomputere i National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), en anden DOE -brugerfacilitet placeret på Berkeley Lab. Eksperimenterne blev udført af forskere ved University of California, San Diego.

"Ingen har undersøgt nano-geometriers relative adfærd, især anisotrope nano-geometrier-nanostrukturer, der er rektangulære i tværsnit-på denne måde, "sagde Ravi Prasher, en af ​​forskerne.

Praktiske applikationer til denne tidlige energikonvertering er vigtige for mange applikationer til vedvarende energi, såsom koncentreret solenergiproduktion, afsaltning af vand, termokemiske reaktioner, vandvarme, og termisk opbevaring.

Publikationen, "Far-field koherent termisk emission fra polaritonisk resonans i individuelle anisotrope nanoribboner, "blev offentliggjort i Naturkommunikation i marts 2019.