Forskare vid Laboratory of Organic Electronics vid Linköpings universitet har utvecklat en metod och ett material som genererar en elektrisk impuls när ljuset svänger från solsken till skugga och vice versa. Som ett resultat, det kan vara möjligt att i framtiden skörda energi med hjälp av blad som fladdrar i vinden

"Växter och deras fotosyntessystem utsätts kontinuerligt för fluktuationer mellan solsken och skugga. Vi har hämtat inspiration från detta och utvecklat en kombination av material där förändringar i uppvärmning mellan solsken och skugga genererar el, säger Magnus Jonsson, docent och huvudutredare för forskargruppen i organisk fotonik och nano-optik vid Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet.

Resultaten, som har verifierats i både experiment och datasimuleringar, har publicerats i Avancerade optiska material .

Tillsammans med forskare från Göteborgs universitet, Magnus Jonsson och hans team har tidigare utvecklat små nanoantenner som absorberar solljus och alstrar värme. De publicerade en artikel tillsammans i Nano bokstäver år 2017, beskriver hur antennerna när de införlivas i fönsterglas kan minska kalla neddragningar och spara energi. Antennerna, med mått i storleksordningen tiotals nanometer, reagerar på nära infrarött ljus och alstrar värme.

Mina Shiran Chaharsoughi, Ph.D. elev i Magnus Jonssons grupp, har nu utvecklat tekniken ytterligare och skapat en liten optisk generator genom att kombinera de små antennerna med en pyroelektrisk film. I en sådan film, en elektrisk spänning utvecklas över materialet när det värms eller kyls. Temperaturförändringen gör att laddningar rör sig och genererar en elektrisk ström i kretsen.

Antennerna består av små metallskivor, i detta fall guld nanodiskar, med en diameter på 160 nm (0,16 mikrometer). De placeras på ett substrat och beläggs med en polymerfilm för att skapa de pyroelektriska egenskaperna. "Nanoantennerna kan tillverkas över stora områden, med miljarder av de små skivorna jämnt fördelade över ytan. Avståndet mellan skivor i vårt fall är cirka 0,3 mikrometer. Vi har använt guld och silver, men de kan också tillverkas av aluminium eller koppar, säger Magnus Jonsson.

Antennerna alstrar värme som sedan omvandlas till elektricitet med hjälp av polymeren. Det är först nödvändigt att polarisera polymerfilmen för att skapa en dipol över den, med en tydlig skillnad mellan positiv och negativ laddning. Polarisationsgraden påverkar storleken på den genererade effekten, medan tjockleken på polymerfilmen inte verkar ha någon effekt alls.

"Vi tvingar polarisationen in i materialet, och det förblir polariserat under lång tid, "säger Mina Shiran Chaharsoughi. Chaharsoughi genomförde ett experiment för att tydligt visa effekten, håller en kvist med löv i luftflödet från en fläkt. Bladens rörelse skapade solsken och skugga på den optiska generatorn, som i sin tur producerade små elektriska pulser och drev en extern krets.

"Forskningen är i ett tidigt skede, men vi kan i framtiden kunna använda de naturliga fluktuationerna mellan solsken och skugga i träd för att skörda energi, säger Magnus Jonsson.

Applikationer som ligger närmare till hands finns inom optikforskning, såsom detektering av ljus i nanometerskalan. Andra applikationer kan hittas inom optisk databehandling.