O laboratório de pesquisa da Universidade de Rochester, que recentemente usou lasers para criar estruturas metálicas inafundáveis, agora demonstrou como a mesma tecnologia pode ser usada para criar geradores de energia solar altamente eficientes.

Em um jornal em Light:Ciência e Aplicações , o laboratório de Chunlei Guo, professor de ótica também afiliado ao Programa de Física e Ciências dos Materiais, descreve o uso de poderosos pulsos de laser femto-segundo para gravar superfícies de metal com estruturas em nanoescala que absorvem luz seletivamente apenas nos comprimentos de onda solar, mas não em outro lugar.

Uma superfície de metal regular é brilhante e altamente refletiva. Anos atrás, o laboratório Guo desenvolveu uma tecnologia de black metal que tornava metais brilhantes como breu. "Mas para fazer um absorvedor solar perfeito, "Guo diz, "Precisamos de mais do que um metal preto e o resultado é esse absorvedor seletivo."

Esta superfície não só aumenta a absorção de energia da luz solar, mas também reduz a dissipação de calor em outros comprimentos de onda, na verdade, "fazendo um absorvedor solar metálico perfeito pela primeira vez, "Guo diz." Nós também demonstramos o aproveitamento da energia solar com um gerador termoelétrico. "

"Isso será útil para qualquer absorvedor de energia solar térmica ou dispositivo de colheita, "particularmente em lugares com luz solar abundante, ele adiciona.

O trabalho foi financiado pela Fundação Bill e Melinda Gates, o Escritório de Pesquisa do Exército, e a National Science Foundation.

Os pesquisadores experimentaram com alumínio, cobre, aço, e tungstênio, e descobri aquele tungstênio, comumente usado como um absorvedor solar térmico, teve a maior eficiência de absorção solar quando tratada com as novas estruturas em nanoescala. Isso melhorou a eficiência da geração de eletricidade térmica em 130 por cento em comparação com o tungstênio não tratado.

Os co-autores incluem Sohail Jalil, Bo Lai, Mohamed Elkabbash, Jihua Zhang, Erik M. Garcell, e Subhash Singh do laboratório Guo.

O laboratório também usou a tecnologia de gravação a laser femto-segundo para criar metais superhidrofóbicos (repelentes de água) e superhidrofílicos (que atraem água). Em novembro de 2019, por exemplo, O laboratório de Guo relatou a criação de estruturas metálicas que não afundam, não importa quantas vezes sejam forçadas a entrar na água ou quanto seja danificado ou perfurado.

Este novo papel, Contudo, expande o trabalho inicial do laboratório com metal preto gravado a laser femto-segundo.

Antes de criar os metais que atraem e repelem a água, Guo e seu assistente, Anatoliy Vorobyev, demonstraram o uso de pulsos de laser de femto-segundo para transformar quase todo metal em preto. As estruturas de superfície criadas no metal foram incrivelmente eficazes na captura da radiação que entra, como luz. Mas eles capturaram luz em uma ampla gama de comprimentos de onda.

Subseqüentemente, sua equipe usou um processo semelhante para mudar a cor de uma série de metais para várias cores, como azul, dourado, e cinza, além do preto já alcançado. As aplicações podem incluir a fabricação de filtros de cores e dispositivos ópticos espectrais, uma fábrica de automóveis usando um único laser para produzir carros de cores diferentes; gravando uma fotografia colorida de uma família na porta da geladeira; ou propor com um anel de noivado de ouro que combina com a cor dos olhos azuis de sua noiva.

O laboratório também usou a técnica inicial de metal preto e colorido para criar uma matriz única de estruturas em escala nanométrica e micro na superfície de um filamento de tungstênio regular, permitindo que uma lâmpada brilhe mais intensamente com o mesmo uso de energia.

"Disparamos o feixe de laser direto através do vidro da lâmpada e alteramos um remendo no filamento. Quando acendemos a lâmpada, pudemos ver que esse patch era claramente mais brilhante do que o resto do filamento, "Guo disse.