Лазеры травят идеальный поглотитель солнечной энергии

Исследовательская лаборатория Университета Рочестера, которая недавно использовала лазеры для создания непотопляемых металлических структур, теперь продемонстрировала, как эта же технология может быть использована для создания высокоэффективных генераторов солнечной энергии.

В статье « Свет: наука и приложения» лаборатория профессора оптики Чунлей Гуо, также связанного с Программой физики и материаловедения, описывает использование мощных фемтосекундных лазерных импульсов для травления металлических поверхностей наноразмерными структурами, которые избирательно поглощают свет только при солнечные волны, но не в других местах.

Обычная металлическая поверхность блестящая и высоко отражающая. Несколько лет назад лаборатория Го разработала технологию черного металла, которая превратила блестящие металлы в черный цвет. «Но чтобы сделать идеальный солнечный поглотитель, — говорит Го, — нам нужен больше, чем черный металл, и в результате мы получаем этот селективный поглотитель».

По словам Го, эта поверхность не только улучшает поглощение энергии солнечного света, но и уменьшает рассеивание тепла на других длинах волн, «впервые создавая идеальный металлический солнечный поглотитель». «Мы также демонстрируем использование солнечной энергии с помощью теплового электрического генератора».

«Это будет полезно для любого поглотителя тепловой энергии или устройства для сбора урожая», особенно в местах с обильным солнечным светом, добавляет он.

Работа финансировалась Фондом Билла и Мелинды Гейтс, Исследовательским отделом армии и Национальным научным фондом.

Исследователи экспериментировали с алюминием, медью, сталью и вольфрамом и обнаружили, что вольфрам, обычно используемый в качестве солнечного поглотителя тепла, имел самую высокую эффективность поглощения солнечного света при обработке новыми наноразмерными структурами. Это улучшило эффективность генерации тепловой энергии на 130 процентов по сравнению с необработанным вольфрамом.

Соавторы включают Сохаила Джалиля, Бо Лая, Мохамеда Элькаббаша, Джихуа Чжана, Эрика М. Гарселла и Субхаша Сингха из лаборатории Го.

Лаборатория также использовала технологию фемтосекундного лазерного травления, чтобы создать супергидрофобные (водоотталкивающие) и супергидрофильные (водоотталкивающие) металлы. Например, в ноябре 2019 года лаборатория Го сообщила о создании металлических конструкций, которые не тонут, независимо от того, как часто они попадают в воду или насколько они повреждены или проколоты.

Эта новая статья, однако, расширяет первоначальную работу лаборатории с фемтосекундным лазерным травлением черного металла.

До создания водоотталкивающих и отталкивающих металлов металлы Го и его помощник Анатолий Воробьев продемонстрировали использование фемтосекундных лазерных импульсов для превращения практически любого металла в черный цвет. Поверхностные структуры, созданные на металле, были невероятно эффективными при захвате входящего излучения, такого как свет. Но они захватили свет в широком диапазоне длин волн.

Впоследствии, его команда использовала подобный процесс, чтобы изменить цвет ряда металлов на различные цвета, такие как синий, золотой и серый, в дополнение к уже достигнутому черному. Приложения могут включать в себя создание цветных фильтров и оптических спектральных устройств, автомобильный завод, использующий один лазер для производства автомобилей разных цветов; запечатление полноцветной фотографии семьи в дверце холодильника; или делать предложение с золотым обручальным кольцом, которое соответствует цвету голубых глаз вашей невесты.

Лаборатория также использовала первоначальную технику черного и цветного металла для создания уникальной структуры нано- и микроразмерных структур на поверхности обычной вольфрамовой нити, позволяющей лампочке светиться ярче при том же потреблении энергии.

«Мы выпустили лазерный луч прямо через стекло колбы и изменили патч на нити. Когда мы зажгли лампу, мы действительно могли видеть, что этот патч был явно ярче, чем остальная нить», — сказал Го.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Рочестерским университетом . Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Сохаил А. Джалиль, Бо Лай, Мохамед эль-Каббаш, Джихуа Чжан, Эрик М. Гарселл, Субхаш Сингх, Чуньлей Го. Спектральный контроль поглощения фемтосекундных металлов, обработанных лазером, и применение в солнечно-термических приборах . Свет: Наука и Приложения , 2020; 9 (1) DOI: 10.1038 / s41377-020-0242-й