Антенна-выпрямитель из нанотрубок преобразовала свет в постоянный электрический ток
Приветствуем вас на страницах блога iCover. Скорее всего вам доводилось слышать о разработках выпрямляющих антенн (Rectifying antennas), улавливающих радиочастотное излучение и преобразующих его в постоянный электрический ток. Сегодня мы расскажем вам о разработке специалистов Технологического института Джорджии, создавших антенну, преобразующую в постоянный ток самый что ни на есть обычный солнечный свет.
За прошедшие четыре десятилетия накопленные знания и опыт позволили создать ряд антенн-преобразователей, получивших распространение в системах, снабжающих энергией маломощные электронные устройства и коммуникационные системы Near-Field Communication. Но, несмотря на определенные успехи в разработке преобразователей волн радиочастного диапазона в постоянный электрический ток, все без исключения попытки создать аналогичное эффективное устройство для волн в видимом спектре за последние 40 лет окончились неудачей.
Изучение свойств углеродных нанотрубок на стыке новейших технологий производства позволило специалистам Технологического института Джорджии создать выпрямляющие карбоновые антенны, преобразовывающие обычный свет непосредственно в постоянный электрический ток. Успех эксперимента позволяет говорить о возможности создания систем солнечной энергетики со значительно улучшенными показателями эффективности.
"Сейчас наступило прекрасное время – считает руководитель группы разработчиков, профессор Технологического Института Джорджии Баратунда Кола (Baratunde Cola), … когда появилась практическая возможность реализовать некоторые смелые концептуальные идеи на практике, создавая устройства с использованием новых технологий." Именно таким образом командой Колы, Аша Шарма, Вирендры Сингха и Томаса Боуджера были созданы многослойные углеродные антенны — нанотрубки, позволяющие использовать возможности волновой, а не корпускулярной природы света.
Процесс производства преобразователя начинается с выращивания на токопроводящей подложке ”леса” — вертикально-ориентированных углеродных нанотрубок, на поверхность которых наносится тончайший слой оксида алюминия, выполняющего функцию диэлектрика. Далее, последовательно, методом осаждения сверху наносится оптически прозрачный слой кальция, а на вершины нанотрубок — слой алюминия, выполняющий функции анода.
Под влиянием фотонов падающего света, проходящего через прозрачный электрод Al/Ca нанотрубки начинают вибрировать, порождая высокочастотный переменный электрический ток, который, пройдя через 10-ти нанометровые выпрямители с емкостью порядка аттофарады и быстродействием порядка петагерца, преобразуется в ток постоянный и может быть использован по назначению.
Финальная версия прототипа стала, как минимум, тысячным по счету экспериментальным образцом, позволившим исследователям получить данные, подтверждающие теоретический прогноз.
Ректенны, изготовленные группой Кола выращены на жестком носителе. Диапазон рабочих температур такого преобразователя составляет от 5 до 77 градусов Цельсия. Уже в ближайшей перспективе инженеры рассчитывают получить аналогичный эффект на гибком материале, который можно будет использовать в качестве активного слоя солнечных батарей.
Несмотря на исчезающе малую эффективность экспериментального образца разработчики убеждены, что смогут в течение ближайшего года масштабировать разработку и получить коммерческий преобразователь с мощностью, улучшенной до 40% от объема поглощаемого света. “… В итоге мы изготовим вдвое более эффективные солнечные батареи, которые будут в 10 раз доступнее по цене, …", утверждает Кола.
Созданный действующий маломощный прототип рассматривается Колой как доказательство концепции, лежащей в основе разработки. Новые, более мощные аналоги, по мнению ученых, могут быть получены благодаря оптимизации структуры антенны — уменьшению ее сопротивления и увеличению числа каналов проводимости.
Стоит заметить, что проект реализуется под патронатом агентств DAPRA, исследовательских центров Space and Naval Warfare (SPAWAR) Systems Center и Army Research Office (ARO), что существенно увеличивает шансы группы.
Пожелаем команде Cola успехов, и будем следить за конкретными результатами, тем более, что по оптимистичным заверениям ее руководителя, ждать их придется не так уж и долго.
Подробнее с разработкой группы Баратунда Кола вы сможете познакомиться здесь.
Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах блога iCover! Мы готовы и дальше радовать вас своими публикациями и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время доставило удовольствие и вам. И, конечно, не забывайте подписываться на наши рубрики и мы обещаем, скучать не придется!
Другие наши статьи
