Het onderzoekslaboratorium van de Universiteit van Rochester dat onlangs lasers heeft gebruikt om onzinkbare metalen constructies te maken, heeft nu aangetoond hoe dezelfde technologie kan worden gebruikt om zeer efficiënte zonne-energiegeneratoren te maken.

In een paper in Licht:wetenschap en toepassingen , het laboratorium van Chunlei Guo, hoogleraar optica tevens verbonden aan Physics and the Material Sciences Programme, beschrijft het gebruik van krachtige femto-seconde laserpulsen om metalen oppervlakken te etsen met nanoschaalstructuren die selectief licht absorberen alleen bij de zonnegolflengten, maar niet ergens anders.

Een normaal metalen oppervlak is glanzend en sterk reflecterend. Jaren geleden, het Guo-lab ontwikkelde een black metal-technologie die glanzende metalen pikzwart maakte. "Maar om een ​​perfecte zonneabsorber te maken, "Gou zegt, "We hebben meer nodig dan een black metal en het resultaat is deze selectieve absorber."

Dit oppervlak verbetert niet alleen de energieopname van zonlicht, maar vermindert ook de warmteafvoer bij andere golflengten, in werkelijkheid, "voor het eerst een perfecte metalen zonneabsorber maken, " zegt Guo. "We demonstreren ook het gebruik van zonne-energie met een thermisch elektrisch generatorapparaat."

"Dit zal nuttig zijn voor elke thermische zonne-energieabsorbeerder of oogstapparaat, "vooral op plaatsen met veel zonlicht, hij voegt toe.

Het werk werd gefinancierd door de Bill and Melinda Gates Foundation, het onderzoeksbureau van het leger, en de National Science Foundation.

De onderzoekers experimenteerden met aluminium, koper, staal, en wolfraam, en ontdekte dat wolfraam, algemeen gebruikt als thermische zonneabsorber, had de hoogste zonneabsorptie-efficiëntie bij behandeling met de nieuwe nanoschaalstructuren. Dit verbeterde de efficiëntie van thermische elektrische opwekking met 130 procent in vergelijking met onbehandeld wolfraam.

Co-auteurs zijn onder meer Sohail Jalil, Bo Lai, Mohamed Elkabbas, Jihua Zhang, Erik M. Garcell, en Subhash Singh van het Guo-lab.

Het lab heeft ook de femto-seconde laseretstechnologie gebruikt om superhydrofobe (waterafstotende) en superhydrofiele (wateraantrekkende) metalen te maken. In november 2019, bijvoorbeeld, Guo's lab rapporteerde het creëren van metalen structuren die niet zinken, hoe vaak ze ook in het water worden gedwongen of hoe beschadigd of doorboord.

Dit nieuwe papier, echter, breidt uit op het eerste werk van het lab met femto-seconde lasergeëtste black metal.

Voorafgaand aan het maken van de wateraantrekkende en afstotende metalen, Guo en zijn assistent, Anatoliy Vorobyev, demonstreerde het gebruik van femto-seconde laserpulsen om bijna elk metaal pikzwart te maken. De oppervlaktestructuren die op het metaal zijn gemaakt, waren ongelooflijk effectief in het opvangen van binnenkomende straling, zoals licht. Maar ze vingen licht over een breed scala aan golflengten.

Vervolgens, zijn team gebruikte een soortgelijk proces om de kleur van een reeks metalen in verschillende kleuren te veranderen, zoals blauw, gouden, en grijs, naast het reeds bereikte zwart. De toepassingen kunnen zijn het maken van kleurfilters en optische spectrale apparaten, een autofabriek die een enkele laser gebruikt om auto's van verschillende kleuren te produceren; een kleurenfoto van een gezin in de koelkastdeur etsen; of een huwelijksaanzoek doen met een gouden verlovingsring die past bij de kleur van de blauwe ogen van je verloofde.

Het lab gebruikte ook de oorspronkelijke zwarte en gekleurde metaaltechniek om een ​​unieke reeks nano- en microschaalstructuren te creëren op het oppervlak van een gewone wolfraamgloeidraad, waardoor een gloeilamp helderder kan gloeien bij hetzelfde energieverbruik.

"We schoten de laserstraal dwars door het glas van de lamp en veranderden een patch op de gloeidraad. Toen we de lamp aanstaken, we konden zien dat deze ene patch duidelijk helderder was dan de rest van de gloeidraad, ' zei Guo.