Tillväxt av nanostrukturer på en kopparyta vid olika temperaturer och exponeringstider. Kredit:Tanyeli et al. / Naturvetenskapliga rapporter
Materialforskaren Irem Tanyeli från energiforskningsinstitutet DIFFER har upptäckt hur man kan odla nanostrukturer på ett kontrollerat sätt på en mängd olika metaller, genom att bomba metaller med heliumpartiklar. Sådana kontrollerade nanostrukturer ger möjlighet till avancerade elektroder som producerar hållbart bränsle med hjälp av solenergi. Tanyeli och hennes forskarkollegor från DIFFER, ITER och universitetet i Basel publicerade sina resultat i Nature's Vetenskapliga rapporter den 28 april 2015.
Blåsbubblor i metall
I sin forskning exponerade Tanyeli och hennes kollegor olika metallytor för en het intensiv stråle av laddad heliumgas (plasma) i DIFFERs plasmaexperiment Magnum-PSI. Helium tränger lätt in i metallgallret där det bildar bubblor som trycker den omgivande metallen utåt. På så sätt uppstår olika strukturer på tiotals till hundratals nanometer i storlek per metall. Genom att beskriva skillnaderna, Tanyeli kunde analysera vilka underliggande processer som bildade nanostrukturerna såsom temperaturen och strukturen på metallgitteret.
Att heliumplasma kan få en metall att explodera i nanostrukturer hade tidigare upptäckts när forskare testade väggmaterial för fusionsenergireaktorer. De upptäckte sedan konstiga former på metallväggytan. I en fusionsreaktor är dessa nanostrukturer oönskade eftersom de minskar värmeavgivningen, men i andra applikationer är nanostrukturerna mycket användbara, tycker medforskare och DIFFER-chef Richard van de Sanden.
Grundläggande insikt
"Irem Tanyelis forskning är viktig på grund av den grundläggande insikten", säger Van de Sanden. "Hur växer sådana nanostrukturer på en yta, vilka processer spelar en roll i det, vad är flaskhalsarna, och hur kan du hantera processen? Om du förstår det kan du producera avancerade material i stor skala som kan få egenskaper att beställa. "Det har ett brett spektrum av tillämpningar inom hållbar energiteknik.
En nanostrukturerad elektrod producerad av allmänt tillgängligt järn kan använda solljus för att billigt producera energibäraren väte i stor skala. Kredit:ICMS / DIFFER
Omvandlar solljus till väte
Tanyelis nanostrukturer är intressanta för katalysatortillämpningar som användning av solenergi för att producera väte från vatten. Brett tillgängliga och billiga material kan vanligtvis inte konkurrera mot effektiviteten hos dyra men sällsynta rekordhållare som platina. Men med rätt nanostrukturer kan de billigare materialen fortfarande göras konkurrenskraftiga.
Översikt (a) och tvärsnitt (b) av nanostrukturer på en aluminiumyta. Upphovsman:Tanyeli et al. / Naturvetenskapliga rapporter
Det öppnar möjligheter för storskalig lagring och omvandling av hållbar energi i form av kemiska föreningar:solbränslen. Sådana bränslen har ingen netto CO 2 -utsläpp och erbjuder därför möjligheter för transportsektorn. Solbränslen ses som ett viktigt sätt att lagra hållbar energi, till exempel kan solenergin som genereras under den solrika sommaren lagras för användning under den mörka vintern
