Il laboratorio di ricerca dell'Università di Rochester che ha recentemente utilizzato i laser per creare strutture metalliche inaffondabili ha ora dimostrato come la stessa tecnologia potrebbe essere utilizzata per creare generatori di energia solare altamente efficienti.

In un giornale in Luce:scienza e applicazioni , il laboratorio di Chunlei Guo, professore di ottica affiliato anche a Fisica e al Programma di Scienze dei Materiali, descrive l'uso di potenti impulsi laser a femtosecondi per incidere superfici metalliche con strutture su nanoscala che assorbono selettivamente la luce solo alle lunghezze d'onda solari, ma non altrove.

Una superficie metallica regolare è lucida e altamente riflettente. Anni fa, il laboratorio Guo ha sviluppato una tecnologia black metal che ha reso i metalli lucidi neri come la pece. "Ma per realizzare un perfetto assorbitore solare, "Guo dice, "Abbiamo bisogno di più di un black metal e il risultato è questo assorbitore selettivo".

Questa superficie non solo migliora l'assorbimento di energia dalla luce solare, ma riduce anche la dissipazione del calore ad altre lunghezze d'onda, in effetti, "realizzare per la prima volta un perfetto assorbitore solare metallico, " Dice Guo. "Dimostriamo anche lo sfruttamento dell'energia solare con un dispositivo generatore elettrico termico".

"Questo sarà utile per qualsiasi assorbitore di energia solare termica o dispositivo di raccolta, " particolarmente in luoghi con abbondante luce solare, Aggiunge.

Il lavoro è stato finanziato dalla Fondazione Bill e Melinda Gates, l'Ufficio Ricerche dell'Esercito, e la Fondazione Nazionale della Scienza.

I ricercatori hanno sperimentato con l'alluminio, rame, acciaio, e tungsteno, e ho scoperto che il tungsteno, comunemente usato come assorbitore solare termico, ha avuto la più alta efficienza di assorbimento solare quando trattato con le nuove strutture su scala nanometrica. Ciò ha migliorato l'efficienza della generazione elettrica termica del 130 percento rispetto al tungsteno non trattato.

I coautori includono Sohail Jalil, Bo Lai, Mohamed Elkabbash, Jihua Zhang, Erik M. Garcell, e Subhash Singh del laboratorio Guo.

Il laboratorio ha anche utilizzato la tecnologia di incisione laser a femtosecondi per creare metalli superidrofobici (idrorepellenti) e superidrofili (che attirano l'acqua). A novembre 2019, Per esempio, Il laboratorio di Guo ha riferito di aver creato strutture metalliche che non affondano, non importa quanto spesso siano forzate nell'acqua o quanto sia danneggiata o perforata.

Questo nuovo documento, però, espande il lavoro iniziale del laboratorio con il metallo nero inciso al laser a femtosecondi.

Prima di creare i metalli che attraggono e respingono l'acqua, Guo e il suo assistente, Anatoliy Vorobyev, ha dimostrato l'uso di impulsi laser a femtosecondi per trasformare quasi tutti i metalli in nero pece. Le strutture superficiali create sul metallo erano incredibilmente efficaci nel catturare le radiazioni in entrata, come la luce. Ma hanno catturato la luce in un'ampia gamma di lunghezze d'onda.

Successivamente, la sua squadra ha usato un processo simile per cambiare il colore di una gamma di metalli in vari colori, come il blu, d'oro, e grigio, oltre al nero già ottenuto. Le applicazioni potrebbero includere la realizzazione di filtri colorati e dispositivi spettrali ottici, una fabbrica di automobili che utilizza un singolo laser per produrre automobili di diversi colori; incidere una fotografia a colori di una famiglia nella porta del frigorifero; o proponendo con un anello di fidanzamento d'oro che si abbina al colore degli occhi azzurri della tua fidanzata.

Il laboratorio ha anche utilizzato la tecnica iniziale del metallo nero e colorato per creare una serie unica di strutture su scala nanometrica e micrometrica sulla superficie di un normale filamento di tungsteno, consentendo a una lampadina di brillare più intensamente con lo stesso consumo di energia.

"Abbiamo sparato il raggio laser attraverso il vetro della lampadina e alterato una toppa sul filamento. Quando abbiamo acceso la lampadina, potremmo effettivamente vedere che questa patch era chiaramente più luminosa del resto del filamento, " disse Guo.