Case Western Reserve University-fysiker utvecklar ultratunna optiska beläggningar som dramatiskt kan förlänga livslängden för solpaneler, samt förbättra områden som datalagring eller skydd mot förfalskning.
"Föreställ dig en värld där ytor inte bara visar livfulla färger, utan också fungerar som effektiva plattformar för energiskörd", sa Case Western Reserves fysikprofessor Giuseppe Strangi. "Det är världen som vi tar fram i ljuset."
Strangi leder en forskargrupp som utvecklar de nya optiska beläggningarna, som är tunna som några atomlager. De kan samtidigt sända ut och reflektera smalbandigt ljus med oöverträffad livlighet och renhet i färgerna.
"De fungerar som mycket selektiva genomskinliga fönster och som reflekterande speglar," sa Strangi, "och denna precision ger oss möjlighet att manipulera utseendet på reflekterat ljus."
Den mest lovande möjliga tillämpningen för de nya optiska beläggningarna är att förlänga livslängden för solpaneler, sa Strangi.
Solpaneler håller vanligtvis cirka 20 till 30 år. Bland skälen:Solljus ger energi men värmer också panelen, vilket minskar dess kortsiktiga effektivitet och långtidshållbarhet när det bryter ner materialen.
Det beror på att det finns två specifika band i ljusenergin:Det ena (solceller) kan lagras som energi, medan det andra (termiskt) värmer panelen.
"Men tills nu har du inte kunnat skilja mellan de två, så för att få energi måste du också acceptera värmen," sa Strangi. "Våra beläggningar skiljer de två åt, vilket leder till en ökning av energiproduktionen på kort sikt och en sexfaldig ökning av panelens livslängd." Case Western Reserve fick patent på de nya materialen, sa Strangi.
Forskargruppen – som inkluderar CWRU-fysikprofessorn Michael Hinczewski och medarbetare vid MIT, University of Arizona och University of Rochester – arbetar också med industriella samarbetspartners i USA och Finland för att utforska uppskalning av tekniken.
Deras resultat publicerades i tidskriften Nature Communications . Detta senaste arbete byggde på gruppens ursprungliga resultat, publicerat 2021 i Nature Nanotechnology , på vad de kallade "Fano resonant optical coatings."
De nya materialen är uppkallade efter Ugo Fano, en italiensk fysiker som arbetade med Enrico Fermi på fissionsexperiment på 1930-talet.
Fanos unika insikter handlade om något som kallas "spektrala linjeformer" eller visualisering av energiförändringen i en molekyl eller till och med en enda atom. Strangis team har kunnat manipulera dessa Fano-linjeformer – alltså energin – genom att begränsa diskreta tillstånd i kontinuumet med hjälp av tunnfilmsfotonik.
Andra tillämpningar för den nya forskningen är varierande. Nya framsteg i "strukturell färgläggning" skulle förbättra datorskärmstekniker, öka datalagring, förbättra åtgärder mot förfalskning och till och med möjliggöra fler variationer i inredningen, sa Strangi.
Mer information: Mohamed ElKabbash et al, Fano resonant optisk beläggningsplattform för full skala och strukturella färger med hög renhet, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-39602-2
Journalinformation: Nanoteknik i naturen , Nature Communications
Tillhandahålls av Case Western Reserve University
