Onderzoekers van het Laboratorium voor Organische Elektronica van de Universiteit van Linköping hebben een methode en een materiaal ontwikkeld die een elektrische impuls genereren wanneer het licht fluctueert van zonneschijn naar schaduw en vice versa. Als resultaat, misschien is het in de toekomst mogelijk om energie te oogsten met behulp van bladeren die in de wind wapperen

"Planten en hun fotosynthesesystemen zijn continu onderhevig aan schommelingen tussen zon en schaduw. Hier hebben we inspiratie uit gehaald en een combinatie van materialen ontwikkeld waarin veranderingen in verwarming tussen zon en schaduw elektriciteit opwekken, " zegt Magnus Jonsson, docent en hoofdonderzoeker bij de onderzoeksgroep organische fotonica en nano-optica bij het Laboratorium voor Organische Elektronica, Universiteit van Linköping.

De resultaten, die zijn geverifieerd in zowel experimenten als computersimulaties, zijn gepubliceerd in Geavanceerde optische materialen .

Samen met onderzoekers van de Universiteit van Göteborg, Magnus Jonsson en zijn team hebben eerder kleine nanoantennes ontwikkeld die zonlicht absorberen en warmte genereren. Ze publiceerden samen een artikel in Nano-letters in 2017, waarin wordt beschreven hoe de antennes, wanneer ze in vensterglas worden ingebouwd, koude tocht kunnen verminderen en energie kunnen besparen. De antennes, met afmetingen in de orde van tientallen nanometers, reageren op nabij-infrarood licht en warmte genereren.

Mina Shiran Chaharsoughi, doctoraat student in de groep van Magnus Jonsson, heeft de technologie nu verder ontwikkeld en een kleine optische generator gecreëerd door de kleine antennes te combineren met een pyro-elektrische film. In zo'n filmpje er ontstaat een elektrische spanning over het materiaal wanneer het wordt verwarmd of gekoeld. De verandering van temperatuur zorgt ervoor dat ladingen bewegen en het genereren van een elektrische stroom in het circuit.

De antennes bestaan ​​uit kleine metalen schijfjes, in dit geval gouden nanodiscs, met een diameter van 160 nm (0,16 micrometer). Ze worden op een substraat geplaatst en bedekt met een polymere film om de pyro-elektrische eigenschappen te creëren. "De nanoantennes kunnen over grote gebieden worden vervaardigd, met miljarden van de kleine schijfjes gelijkmatig verdeeld over het oppervlak. De afstand tussen de schijven is in ons geval ongeveer 0,3 micrometer. We hebben goud en zilver gebruikt, maar ze kunnen ook gemaakt worden van aluminium of koper, ', zegt Magnus Jonsson.

De antennes wekken warmte op die vervolgens met behulp van het polymeer wordt omgezet in elektriciteit. Het is eerst nodig om de polymeerfilm te polariseren om er een dipool overheen te creëren, met een duidelijk verschil tussen positieve en negatieve lading. De mate van polarisatie beïnvloedt de grootte van het opgewekte vermogen, terwijl de dikte van de polymeerfilm helemaal geen effect lijkt te hebben.

"We forceren de polarisatie in het materiaal, en het blijft lange tijd gepolariseerd, " zegt Mina Shiran Chaharsoughi. Chaharsoughi voerde een experiment uit om het effect duidelijk aan te tonen, met een takje met bladeren in de luchtstroom van een ventilator. De beweging van de bladeren creëerde zon en schaduw op de optische generator, die op zijn beurt kleine elektrische pulsen produceerde en een extern circuit voedde.

“Het onderzoek bevindt zich in een vroeg stadium, maar misschien kunnen we in de toekomst de natuurlijke schommelingen tussen zon en schaduw in bomen gebruiken om energie te oogsten, ', zegt Magnus Jonsson.

Toepassingen die dichter bij de hand liggen, zijn te vinden in optica-onderzoek, zoals de detectie van licht op nanometerschaal. Andere toepassingen kunnen worden gevonden in optische computers.