Nye metoder til at skabe ultra-pulserende optiske belægninger - applikationer til solpaneler, virtuelle skærme

Case Western Reserve University-fysikere er ved at udvikle ultratynde optiske belægninger, der dramatisk kan forlænge levetiden af ​​solpaneler, samt forbedre områder som datalagring eller beskyttelse mod forfalskning.

"Forestil dig en verden, hvor overflader ikke kun viser levende farver, men også fungerer som effektive energihøstende platforme," sagde Case Western Reserve fysikprofessor Giuseppe Strangi. "Det er den verden, vi bringer frem i lyset."

Strangi leder en forskergruppe, der udvikler de nye optiske belægninger, der er så tynde som nogle få atomlag. De kan samtidigt transmittere og reflektere smalbåndet lys med uovertruffen livlighed og renhed af farverne.

"De fungerer som meget selektive gennemsigtige vinduer og som reflekterende spejle," sagde Strangi, "og denne præcision giver os mulighed for at manipulere udseendet af reflekteret lys."

Forlænger levetiden for solpaneler

Den mest lovende mulige anvendelse for de nye optiske belægninger er at forlænge levetiden af ​​solpaneler, sagde Strangi.

Solpaneler holder typisk omkring 20 til 30 år. Blandt årsagerne:Sollys giver energi, men opvarmer også panelet, hvilket reducerer dets kortsigtede effektivitet og langsigtede holdbarhed, da det nedbryder materialerne.

Det skyldes, at der er to specifikke bånd i lysenergien:Det ene (fotovoltaisk) kan lagres som energi, mens det andet (termisk) opvarmer panelet.

"Men indtil nu kunne du ikke skelne mellem de to, så for at få energien, skulle du også acceptere varmen," sagde Strangi. "Vores belægninger adskiller de to, hvilket fører til en stigning i strømproduktionen på kort sigt og en seksdobling i panelets levetid." Case Western Reserve fik patent på de nye materialer, sagde Strangi.

Forskergruppen – som omfatter CWRU fysikprofessor Michael Hinczewski og samarbejdspartnere ved MIT, University of Arizona og University of Rochester – arbejder også med industrielle samarbejdspartnere i USA og Finland for at udforske opskalering af teknologien.

Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications . Dette seneste arbejde byggede på gruppens oprindelige resultater, offentliggjort i 2021 i Nature Nanotechnology , på det, de kaldte "Fano resonant optical coatings."

Ugo Fanos arv af lys

De nye materialer er opkaldt efter Ugo Fano, en italiensk fysiker, der arbejdede med Enrico Fermi på fissionseksperimenter i 1930'erne.

Fanos unikke indsigt var i noget, der kaldes "spektrale linjeformer" eller visualisering af energiændringen i et molekyle eller endda et enkelt atom. Strangi's team har været i stand til at manipulere disse Fano-linjeformer – altså energien – ved at begrænse diskrete tilstande i kontinuumet ved hjælp af tyndfilmsfotonik.

Andre applikationer til den nye forskning er varierede. Nye fremskridt i "strukturfarvning" ville forbedre computerskærmsteknologier, øge datalagring, forbedre foranstaltninger til bekæmpelse af forfalskning og endda give mulighed for flere variationer i indretningen, sagde Strangi.

Flere oplysninger: Mohamed ElKabbash et al., Fano resonant optisk belægningsplatform for fuld farveskala og strukturelle farver med høj renhed, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-39602-2

Journaloplysninger: Naturenanoteknologi , Nature Communications

Leveret af Case Western Reserve University