University of Rochester forskningslabb som nyligen använde lasrar för att skapa osänkbara metallstrukturer har nu visat hur samma teknik kan användas för att skapa högeffektiva solenergigeneratorer.

I en tidning i Ljus:Vetenskap och tillämpningar , labbet av Chunlei Guo, professor i optik också knuten till fysik och materialvetenskapsprogrammet, beskriver hur man använder kraftfulla femtosekundlaserpulser för att etsa metallytor med strukturer i nanoskala som selektivt absorberar ljus endast vid solens våglängder, men inte någon annanstans.

En vanlig metallyta är glänsande och mycket reflekterande. För flera år sedan, Guo-labbet utvecklade en svartmetallteknik som gjorde blanka metaller becksvarta. "Men för att göra en perfekt solfångare, " Guo säger, "Vi behöver mer än en svart metall och resultatet är denna selektiva absorbator."

Denna yta förbättrar inte bara energiabsorptionen från solljus, men minskar också värmeavledning vid andra våglängder, i själva verket, "att göra en perfekt metallisk solfångare för första gången, " säger Guo. "Vi demonstrerar också utnyttjande av solenergi med en termisk elektrisk generatoranordning."

"Detta kommer att vara användbart för alla termiska solenergiabsorbenter eller skördeanordningar, "särskilt på platser med rikligt solljus, han lägger till.

Arbetet finansierades av Bill and Melinda Gates Foundation, arméns forskningskontor, och National Science Foundation.

Forskarna experimenterade med aluminium, koppar, stål, och volfram, och fann att volfram, används vanligtvis som en termisk solfångare, hade den högsta solabsorptionseffektiviteten när den behandlades med de nya strukturerna i nanoskala. Detta förbättrade effektiviteten för termisk elproduktion med 130 procent jämfört med obehandlad volfram.

Medförfattare inkluderar Sohail Jalil, Bo Lai, Mohamed Elkabbash, Jihua Zhang, Erik M. Garcell, och Subhash Singh från Guo-labbet.

Labbet har också använt femto-sekund laseretsningsteknik för att skapa superhydrofoba (vattenavvisande) och superhydrofila (vattenattraherande) metaller. I november 2019, till exempel, Guos labb rapporterade att de skapade metalliska strukturer som inte sjunker oavsett hur ofta de tvingas ner i vatten eller hur mycket det är skadat eller punkterat.

Denna nya tidning, dock, expanderar på labbets initiala arbete med femto-sekund laseretsad svartmetall.

Innan du skapar de vattenattraherande och avvisande metallerna, Guo och hans assistent, Anatoliy Vorobyev, demonstrerade användningen av femto-sekunders laserpulser för att göra nästan vilken metall som helst becksvart. Ytstrukturerna som skapades på metallen var otroligt effektiva för att fånga in inkommande strålning, såsom ljus. Men de fångade ljus över ett brett spektrum av våglängder.

Senare, hans team använde en liknande process för att ändra färgen på en rad metaller till olika färger, som blått, gyllene, och grå, utöver det redan uppnådda svarta. Tillämpningarna kan innefatta att tillverka färgfilter och optiska spektrala enheter, en bilfabrik som använder en enda laser för att tillverka bilar i olika färger; etsa in ett fullfärgsfotografi av en familj i kylskåpsdörren; eller fria med en guldförlovningsring som matchar färgen på din fästmös blå ögon.

Labbet använde också den ursprungliga svarta och färgade metalltekniken för att skapa en unik samling av strukturer i nano- och mikroskala på ytan av en vanlig volframfilament, gör det möjligt för en glödlampa att lysa starkare vid samma energianvändning.

"Vi avfyrade laserstrålen rakt igenom glödlampans glas och ändrade en lapp på glödtråden. När vi tände glödlampan, vi kunde faktiskt se att den här lappen var klart ljusare än resten av glödtråden, " sa Guo.