Os físicos da Case Western Reserve University estão desenvolvendo revestimentos ópticos ultrafinos que poderiam prolongar drasticamente a vida útil dos painéis solares, bem como melhorar áreas como armazenamento de dados ou proteção contra falsificação.



“Imagine um mundo onde as superfícies não apenas exibam cores vibrantes, mas também sirvam como plataformas eficientes de coleta de energia”, disse o professor de física da Case Western Reserve, Giuseppe Strangi. "Esse é o mundo que estamos trazendo à luz."

Strangi lidera um grupo de pesquisa que desenvolve novos revestimentos ópticos, que são tão finos quanto algumas camadas atômicas. Eles podem transmitir e refletir simultaneamente luz de banda estreita com vivacidade e pureza de cores incomparáveis.

"Eles agem como janelas transparentes muito seletivas e como espelhos reflexivos", disse Strangi, "e essa precisão nos permite manipular a aparência da luz refletida."

Prolongando a vida útil dos painéis solares

A aplicação mais promissora possível para os novos revestimentos ópticos é prolongar a vida útil dos painéis solares, disse Strangi.

Os painéis solares normalmente duram cerca de 20 a 30 anos. Entre os motivos:A luz solar fornece energia, mas também aquece o painel, reduzindo sua eficiência a curto prazo e durabilidade a longo prazo à medida que decompõe os materiais.

Isso porque existem duas faixas específicas na energia luminosa:uma (fotovoltaica) pode ser armazenada como energia, enquanto a outra (térmica) aquece o painel.

“Mas, até agora, não era possível discriminar entre os dois, então, para obter energia, também teríamos que aceitar o calor”, disse Strangi. “Nossos revestimentos separam os dois, levando a um aumento na geração de energia no curto prazo e a um aumento de seis vezes na vida útil do painel”. A Case Western Reserve obteve uma patente para os novos materiais, disse Strangi.

O grupo de pesquisa – que inclui o professor de física da CWRU Michael Hinczewski e colaboradores do MIT, da Universidade do Arizona e da Universidade de Rochester – também está trabalhando com colaboradores industriais nos Estados Unidos e na Finlândia para explorar a expansão da tecnologia.

Suas descobertas foram publicadas na revista Nature Communications . Este trabalho mais recente baseou-se nas descobertas originais do grupo, publicadas em 2021 na Nature Nanotechnology , no que eles apelidaram de "revestimentos ópticos ressonantes Fano".

O legado de luz de Ugo Fano

Os novos materiais têm o nome de Ugo Fano, um físico italiano que trabalhou com Enrico Fermi em experiências de fissão na década de 1930.

Os insights únicos de Fano foram sobre algo chamado “formas de linhas espectrais”, ou visualização da mudança de energia em uma molécula ou mesmo em um único átomo. A equipe de Strangi foi capaz de manipular as formas das linhas de Fano – ou seja, a energia – delimitando estados discretos no continuum usando fotônica de filme fino.

Outras aplicações para a nova pesquisa são variadas. Novos avanços na “coloração estrutural” melhorariam as tecnologias de exibição de computadores, aumentariam o armazenamento de dados, melhorariam as medidas antifalsificação e até permitiriam mais variações na decoração, disse Strangi.

Mais informações: Mohamed ElKabbash et al, plataforma de revestimentos ópticos ressonantes Fano para gama completa e cores estruturais de alta pureza, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-39602-2
Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza , Comunicações da Natureza

Fornecido pela Case Western Reserve University