Primul material artificial care urmează lumina soarelui poate îmbunătăți panourile solare

Pe măsură ce soarele se mișcă pe cer, floarea-soarelui se orientează continuu pentru a absorbi cea mai mare lumină (SN: 8/4/16). Acum, un tip de material creat de om poate face și asta.

Acesta este primul material artificial capabil de fototropism, anunță cercetătorii pe 4 noiembrie Nanotehnologia naturii. Cilindrii de tip tulpină ai materialului, denumiți SunBOT, au manevrat pentru a capta aproximativ 90% din lumina disponibilă care strălucește pe o suprafață la un unghi de 75 de grade în cadrul testelor de laborator, au descoperit cercetătorul în materiale Ximin He de la UCLA și colegii ei. Tehnologia ar putea fi folosită într-o zi pentru optimizarea panourilor solare, desalinizarea apei sau mutarea roboților, spun cercetătorii.

Alți oameni de știință au făcut substanțe artificiale care se pot îndoi spre lumină, dar acele materiale se opresc în mod arbitrar. SunBOT-urile se pot autoregla, trecând în poziția optimă necesară pentru a absorbi razele soarelui, apoi făcând mici ajustări pentru a rămâne acolo pe măsură ce soarele se schimbă.

Această capacitate provine din configurația unui SunBOT: un polimer asemănător unei tulpini de aproximativ 1 milimetru în diametru, încorporat cu un nanomaterial care răspunde la lumină. Nanomaterialul absoarbe lumina și o transformă în căldură; polimerul se micșorează ca răspuns la temperaturile crescute.

Când El și colegii au antrenat un fascicul de lumină pe una dintre aceste tulpini artificiale, partea iluminată s-a încălzit și s-a contractat. Asta a făcut ca vârful său să se îndoaie spre lumină. Partea inferioară nou umbrită a tijei s-a răcit apoi, oprind mișcarea SunBOT-ului într-o poziție cea mai bine orientată pentru a absorbi lumina. Procesul s-a repetat pe măsură ce unghiul fasciculului de lumină se schimba.

SunBOT
SunBOT-urile sunt proiectate să se îndoaie pentru a întâlni diferite unghiuri ale unui fascicul de lumină (săgețile indică direcția luminii care intră) și pot schimba poziția pe măsură ce lumina se mișcă. Această capacitate permite dispozitivelor să capteze mai multă energie solară decât dispozitivele staționare.Xiaoshi Qian, Yusen Zhao, Yousif Alsaid și Ximin He

Pentru a-și construi SunBOT-urile inițiale, cercetătorii au folosit nanoparticule de aur și un hidrogel. Dar testele cu alte materiale – cum ar fi oxidul de grafen redus și polimerii cristalini lichidi – au arătat că componentele ar putea fi amestecate și potrivite.

„Dacă avem acest repertoriu mare de materiale care lucrează cu același principiu… oamenii de știință îl pot folosi în medii diferite pentru aplicații diferite”, spune Seung-Wuk Lee, un bioinginer la Universitatea din California, Berkeley, care nu a fost implicat în studiu. . De exemplu, SunBOT-urile cu hidrogel funcționează în apă, a descoperit echipa lui.

SunBOT-urile pot fi aliniate în rânduri pentru a acoperi o întreagă suprafață, creând o „mini pădure de floarea soarelui”, spune ea. Acoperirea suprafețelor cu acest material ar putea rezolva una dintre cele mai mari probleme ale energiei solare: pe măsură ce unghiul de lumina directă a soarelui se modifică pe măsură ce soarele se deplasează deasupra capului, materialele convenționale nu pot ține pasul.

Materialele care rămân într-o singură poziție – cum ar fi celulele solare pe un panou solar – captează aproximativ 22% din energia solară disponibilă, spune el.

Prin crearea unui material care poate urma lumina soarelui, cercetătorii ar fi putut deschide ușa dispozitivelor care sunt capabile să maximizeze absorbția solară, chiar și atunci când soarele se mișca deasupra capului, spune Lee. „Acesta este un lucru major pe care l-au realizat.”