Een manier om schoon water te produceren is om vuil water te verhitten totdat het in stoom verandert. Terwijl de stoom stijgt, het laat de zwaardere verontreinigingen achter en kan worden opgevangen en gekoeld, zorgen voor schoon water. Er zijn veel manieren om water te verwarmen, een daarvan is het gebruik van lichtabsorberende materialen op het grensvlak tussen lucht en water om zonlicht te oogsten en het licht om te zetten in warmte. Deze methode is zeer energiezuinig omdat alle geabsorbeerde zonne-energie wordt gebruikt om water nabij het oppervlak te verwarmen, in plaats van het hele waterlichaam te verwarmen.

Nu in een nieuwe studie gepubliceerd in Nano-letters , een team van onderzoekers onder leiding van Mozhen Wang van de University of Science and Technology of China en Yadong Yin van de University of California Riverside heeft een methode aangetoond die de efficiëntie van zonnestoomopwekking aanzienlijk verbetert met behulp van lichtabsorberende plasmonische metalen nanostructuren.

Plasmonische metalen nanostructuren zijn een populair nieuw materiaal voor veel fotonica-toepassingen, inclusief zonnecellen en optische beeldvorming, omdat ze op unieke manieren met licht interageren en kunnen worden ontworpen om gewenste eigenschappen te vertonen. Voor zonnestoomopwekking, bijvoorbeeld, ze kunnen worden aangepast om een ​​hoge lichtabsorptie en lage verstrooiingseigenschappen te hebben.

een beperking, echter, is dat plasmonische nanostructuren een smalle resonantieband hebben en dus slechts een klein deel van het zonnespectrum kunnen absorberen. In de nieuwe studie Het belangrijkste resultaat van de onderzoekers was dat de smalle resonantieband van de plasmonische zilveren nanodeeltjes aanzienlijk werd vergroot.

"We hebben aangetoond dat metalen nanostructuren kunnen worden ontworpen door chemische synthese om zeer effectief te worden in het omzetten van breedspectrumlicht in warmte, het mogelijk maken van efficiënte zonnestoomopwekking, "Yin vertelde Phys.org .

De verbetering is gebaseerd op een concept dat plasmonische koppeling wordt genoemd. Wanneer twee plasmonische nanodeeltjes dicht bij elkaar komen, hun resonantiemodi hybridiseren, wat hun gecombineerde resonantieband verbreedt en hen in staat stelt licht van een breder frequentiebereik te absorberen.

Hoewel deze methode al eerder is geprobeerd, het heeft slechts geleid tot kleine verbeteringen in de spectrale verbreding. In de nieuwe studie de onderzoekers verbeterden de prestaties aanzienlijk met behulp van een beperkte gezaaide groeimethode om ervoor te zorgen dat meer nanodeeltjes dicht genoeg bij elkaar zijn om de effecten te ervaren. Bij de gezaaide groeimethode, zaden zijn gefixeerd op het binnenoppervlak van polymeer nanoshells in een willekeurige verdeling, zodat, terwijl de zaden uitgroeien tot plasmonische nanodeeltjes, ze groeien naar elkaar toe. Deze methode zorgt voor een hoge dichtheid van nanodeeltjes die profiteren van de opsluiting van de ruimte en breedbandlichtabsorptie vertonen.

De onderzoekers berekenden dat de nieuwe methode een efficiëntie van wel 95% zou kunnen opleveren voor de opwekking van zonnestoom. wat een van de hoogste efficiënties tot nu toe is. In tests met natuurlijk zonlicht, de nanodeeltjes behaalden een efficiëntie van 68%. De onderzoekers zijn van plan om de nanostructuren in de toekomst verder te verbeteren.

"Onze onmiddellijke volgende stap is het ontwikkelen van zwarte nanostructuren met behulp van niet-voormalige metalen zoals koper en aluminium, "Zei Yin. "Het doel is om de productiekosten te verlagen en efficiënte zonnestoomopwekking economisch haalbaarder te maken voor grootschalig gebruik."

© 2019 Wetenschap X Netwerk