944,1
рейтинг
29 февраля в 18:49

Глаз бабочки стал моделью для графеновых ректенн с рекордной светопоглощаемостью

Группа учёных из университета Суррея (Великобритания) заявила о создании 2D-материала с рекордными показателями. Многослойная графеновая плёнка с ректеновой структурой поглощает свет в 99% диапазона от среднего инфракрасного до ультрафиолета. Если такую плёнку использовать в солнечных батареях, то можно генерировать электричество даже в рассеянном свете, отражённом от стен или от свечения домашних бытовых приборов. То есть солнечные батареи будут работать внутри помещений. Это даже нельзя назвать «батареями», когда плёнка наносится на поверхность стен и других объектов. (Другой вопрос, что комната тогда останется почти в кромешной темноте даже в солнечный день)

Вместо словосочетания «солнечная батарея» в данном случае лучше говорить о «светопоглощающей поверхности».

«Возможность проектирования тонких двумерных поверхностей для поглощения света в широком диапазоне является ключевой в большом и постоянно растущем количестве приложений, включая энергетику, оптоэлектронику и спектроскопию, — пишут разработчики материала в реферате своей научной работы. — Хотя поглощение света в широком диапазоне возможно в высоких структурах из углеродных нанотрубок высотой около миллиметра, но достичь такого результата в нанометровых структурах до сих пор не удавалось».



Незаметная светопоглощающая плёнка, которая генерирует ток, найдёт применение в многочисленных устройствах Интернета вещей, умной одежде, носимой электронике, умных обоях, бытовых приборах и т. д.

Один из авторов научной работы, профессор Рави Сильва (Ravi Silva) объясняет, что у некоторых насекомых (бабочки, моль и проч.) глаз устроен совершенно по иным принципам. Там применяются нанотехнологии, то есть наноструктурированные поверхности. В таком масштабе эти элементы работают как ректенны (выпрямляющие антенны), то есть напрямую преобразуют энергию поля падающей волны в энергию постоянного тока. Взаимодействие волны длиной 4 мкм с металлической наноантенной показано на иллюстрации.



Во врезке на иллюстрации B внизу — сравнение поверхности материала с глазом бабочки Bicyclus anynana. На иллюстрации D приведён показатель отражаемости созданного материала (чёрный график).



«Многие годы люди искали, какие применения графена могут найти повсеместное применение, — говорит Сильва. — Мы наконец-то приближаемся к точке, когда такие приложения начинают появляться. Мы сделали то, что раньше считалось невозможным: оптимизировали невероятные оптические свойства графена».
Анатолий Ализар @alizar
карма
678,3
рейтинг 944,1
Редактор
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (17)

  • +6
    Невидимая светопоглощающая плёнка
    — так не бывает
    • –1
      Ну может она прозрачна в видимом спектре. Хотя я не уверен, что УФ и ИК излучение можно назвать светом.
      • +1
        с ректеновой структурой поглощает свет в 99% диапазона от среднего инфракрасного до ультрафиолета.
    • +2
      Бывает. Только не все верят. (с) один хороший мультик

      Очевидно, имелась в виду крайне малая толщина пленки, позволяющая ее сделать практически незаметной и встраивать куда угодно. Для человеческого глаза в идеале это будет выглядеть как то, что поверхность, покрытая этой пленкой, просто по непонятным на первый взгляд причинам во много раз темнее такой же поверхности без пленки при одинаковом освещении. Представьте себе всегда затененную комнату, освещаемую ярким солнцем.

    • 0
      Черная дыра же :)
  • –1
    Осталось дождаться когда снизится цена.Тогда хоть какой то толк от этого будет.
  • 0
    А нельзя ли создать на таком принципе малошумящий оптический датчик? С весьма большим разрешением, высокой чувствительностью и близкой к идеальной цветопередаче? Каждый пиксель — это группа ректенн, состоящая, скажем из 7 (или больше, или меньше) ректенн, настроенных на разную длину волн (цвета)
    А может быть и матрицу для тепловизора (ректенны, настроенные на ИК разного диапазона)?
  • 0
    А материал подобный из графена уже был в 2014 — Vantablack
    https://ru.wikipedia.org/wiki/Vantablack
    https://geektimes.ru/post/229825/
    Плащ бы такой… но тогда как быть с теплоотводом… можно зажариться
    • 0
      эта пленка еще и ток генерирует
      • 0
        Генерирует. Но вы представляете себе, что тепловая машина (а это по сути она) не может обладать КПД 100%. А световая мощность на широте Калининграда составляет 1300 Вт на кв. м. летом в обед. Ну, допустим КПД (_реальный_) будет 60%, тогда в тепло уйдёт с кв. м. 520 Вт мощности. А ток (для устройства на теле человека), в конечном итоге тоже превращается в тепло ,)

        «Какие будут ващи докьязательства?»
        • 0
          Круто. Но мой комментарий относился к сообщению о "подобном" материале vantablack. 100% КПД не обещался. Необходимость теплоотвода не оспаривалась. Что мне нужно доказать?
        • –1
          Очень просто — ток в ионисторы, и разряжать его во врагов. Можно будет сражаться с Мегавольтом его же оружием.

          Противостояние

  • 0
    Звучит очень заманчиво. Если она действительно может перерабатывать ИК-диапазон в ток — это же получается как бы "частичный обход" второго закона термодинамики? Ведь входящее излучение будет сразу уходить электричеством, не грея ректенну, и соответственно не вызывая ответного излучения равной мощности, как это просходит у двух тел одинаковой температуры в вакууме. То есть это, в некотором смысле, демон Максвелла? Можно собрать ту часть тепловых потерь какого-нибудь процесса, которая уходит в виде ИК, и снова пустить в дело в виде электроэнергии?

    Я понимаю, что замахнуться на законы термодинамики — это очень наглое заявление, но никак не могу понять, где в такой системе они закатают мне губу обратно и закатают ли вообще. Пример: электродвигатель в цилиндре из такой плёнки, она делает вклад в его питание, повышает КПД системы и снижает тепловыделение в воздух. Где я ошибся? Вопрос сугубо теоретический, это повышение КПД может не иметь никакой экономической ценности, интересует будет ли оно?
    • +1
      Губу закатают пока что следующие факты:

      • оно работает только начиная от среднего и короткого диапазона ИК и выше, т.е. тепловое излучение подойдет только от очень сильно нагретых тел, а не "комнатной температуры" при которой должна находится при этом сама пленка, т.е. все-равно имеем некий аналог нагревателя и холодильника (значительный градиент температур) необходимых для работы

      • образующиеся токи циркулируют только внутри этих наноструктур, пока никаких идей как их можно было бы упорядоченно собрать и вывести наружу нет. А без этого эти хаотические наводящиеся токи приводят просто к нагреву материала наночастиц по которым они бегают. В результате имеем совсем не "солнечную батарею"(преобразование света в электрическую энергию), а просто максимально эффективное преобразование света (излучения) максимально широкого спектра в тепло. Т.е. наиболее близкая практическая реализация теоретически описанного "абсолютно черного тела"

      Но вообще наноструктуры и квантовые эффекты уже не первый раз пробуют на зуб классические законы термодинамики. Например не так давно вышла научная работа (тут на ГТ тоже краткая заметка была), где ученым удалось создать наночастицы которые поглощали фотоны ИК спектра по несколько штук последовательно(от 3 до 5 шт), "накапливали" (суммировали) их энергию в возбужденном состоянии, а потом переизлучали поглощенную энергию обратно уже в виде одного фотона намного большей энергии/меньшей длины волны — уже в видимом диапазоне или даже ближнем ультрафиолете. Что тоже не совсем с классикой термодинамики сочетается: в таком процессе (поглощение длинноволнового излучения и переизлучение коротковолнового) по-идее суммарная энтропия убывает, что бъет по самым основам термодинамики.
      • 0
        образующиеся токи циркулируют только внутри этих наноструктур, пока никаких идей как их можно было бы упорядоченно собрать и вывести наружу нет.

        Но ведь статья говорит именно о технологии солнечных батарей. Просто вопрос проработанности, верно?

        удалось создать наночастицы которые поглощали фотоны ИК спектра по несколько штук последовательно(от 3 до 5 шт), «накапливали» (суммировали) их энергию в возбужденном состоянии, а потом переизлучали поглощенную энергию обратно уже в виде одного фотона намного большей энергии/меньшей длины волны

        Лепота-то какая! Моя внутренняя Халява довольна :)
        • +1
          Просто это ализар-стайл статья. Собственно от самого Ализара как раз :)
          Впрочем в данном случае большую часть отсебятины нагородил еще англоязычный журналист, а Ализар лишь перевел.
          <вставить картинку про "ученый изнасиловал журналиста.png">

          В оригинале учеными проводившими исследование ничего про солнечные батареи и выработку (получение) электроэнергии не говорится. Ученые воссоздавали именно абсолютно черное тело — как идеальный поглотитель излучения широкого спектра. А так же исследовали его как излучатель — т.к. АЧТ так же одновременно является идеальным тепловым излучателем и обратный процесс так же интересен (например как покрытие для охлаждающих радиаторов в космосе, где кроме как излучением сбрасывать лишнее тепло некуда).

          Ну а про электрические токи там говорится только в разделе где детально исследовался сам механизм(процесс) поглощения — в результате выяснилось, что падающие на поверхность этих наноструктур фотоны вызывают в них наведение токов смещения, которые в свою очередь уже и греют материал.
  • 0
    Что то тут непонятное… Фотка фейковая!!!
    reflectance — это коэффициент отражения
    Поглощает значит абсолютно черное тело!

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.