Τα φωτοθερμικά υλικά είναι υποσχόμενες λύσεις για τη δημιουργία των διαβαθμίσεων θερμοκρασίας που είναι απαραίτητες για την αποτελεσματική μετατροπή ενέργειας
Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μια νέα κατηγορία οργανικών φωτοθερμικών συνκρυστάλλων που ενισχύουν σημαντικά την απόδοση των ηλιακών θερμοηλεκτρικών γεννητριών (STEG), ανοίγοντας το δρόμο για πιο έξυπνα φορετά ηλεκτρονικά, συσκευές ενέργειας επόμενης γενιάς και μετάδοση σήματος σε μεγάλες αποστάσεις.
Με την πρόσφατη έρευνα (η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό National Science Review.) να οδηγεί σε σημαντικές εξελίξεις στις ηλιακές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (STEG), τα φωτοθερμικά υλικά (όπως οι ενώσεις με βάση τον άνθρακα, τα οξείδια μετάλλων, τα πολυμερή και τα υλικά αλλαγής φάσης), έχουν αναδειχθεί ως πολλά υποσχόμενες λύσεις για τη δημιουργία των διαβαθμίσεων θερμοκρασίας που είναι απαραίτητες για την αποτελεσματική μετατροπή ενέργειας.
Τώρα, μια ερευνητική ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο Nanchang, το Πανεπιστήμιο Soochow και το Πανεπιστήμιο Nanjing στην Κίνα έκανε ένα τεράστιο άλμα μπροστά χρησιμοποιώντας τη ρίζα ανοιχτού κελύφους Br2NDA ως δέκτη ηλεκτρονίων για να σχεδιάσει και να συνθέσει έναν φωτοθερμικό συνκρύσταλλο μεταφοράς φορτίου, κορονένιο-Br2NDA (CBC).
Όταν συνδυάζονται, το κορονένιο και το Br₂NDA αυτοσυναρμολογούνται σε βελονοειδείς μικροράβδους μέσω μιας απλής μεθόδου που βασίζεται σε διάλυμα, σχηματίζοντας μια εξαιρετικά κρυσταλλική δομή με εξαιρετικές δυνατότητες απορρόφησης φωτός και μετατροπής θερμότητας.
Εξαιρετική φωτοθερμική απόδοση
Σύμφωνα με τον Sheng Zhuo (φοιτητή διδακτορικού στην επιστήμη υλικών στο Πανεπιστήμιο Nanjing και κύριο συντάκτη της μελέτης), ο συνκρύσταλλος CBC έφτασε τους 186,6 βαθμούς Φαρενάιτ (86 βαθμούς Κελσίου) μέσα σε δευτερόλεπτα υπό φως 808 νανομέτρων στο εγγύς υπέρυθρο.
Επίσης, πέτυχε απόδοση φωτοθερμικής μετατροπής (PCE) 67,2%, ξεπερνώντας πολλά προηγουμένως αναφερόμενα οργανικά φωτοθερμικά υλικά, ενώ παράλληλα επέδειξε εξαιρετική θερμική σταθερότητα και σταθερή απόδοση σε επαναλαμβανόμενους κύκλους θέρμανσης και ψύξης.
Εν τω μεταξύ, μια εις βάθος ανάλυση της συμπεριφοράς του συνκρυστάλλου αποκάλυψε ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταφοράς φορτίου μεταξύ των συστατικών του.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι απορρόφησε φως σε ένα ευρύ φάσμα (350-1100 νανόμετρα).
Για να δοκιμάσουν τις εφαρμογές του στον πραγματικό κόσμο, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν τον συν-κρύσταλλο CBC σε μια διαφανή ρητίνη για να σχηματίσουν ένα φωτοθερμικό μελάνι το οποίο στη συνέχεια εφαρμόστηκε στην επιφάνεια μιας θερμοηλεκτρικής γεννήτριας.
Έμειναν έκπληκτοι όταν, υπό προσομοίωση ηλιακής ακτινοβολίας ισοδύναμης με 2 ήλιους, η γεννήτρια με επικάλυψη CBC έφτασε σε θερμοκρασία 158,54 βαθμών Φαρενάιτ (70,3 βαθμοί Κελσίου) και παρέδωσε τάση εξόδου 209 Mv (αύξηση 375% σε σύγκριση με μια μη επικαλυμμένη γεννήτρια).
Συσκευή που αφήνει πολλές υποσχέσεις
Η συσκευή είναι επίσης πολλά υποσχόμενη στην επικοινωνία που βασίζεται στο φως. Ρυθμίζοντας την ένταση και τη διάρκεια μιας δέσμης λέιζερ, οι ερευνητές απέδειξαν την ικανότητα αποστολής κωδικοποιημένων σημάτων, όπως ο κώδικας Μορς, μέσω φωτός εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας (NIR). Αυτό υποδηλώνει πιθανές χρήσεις σε μετάδοση δεδομένων χωρίς επαφή, φορετά συστήματα κρυπτογράφησης και προσαρμοστικά ηλεκτρονικά.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτή η ανακάλυψη είναι πολλά υποσχόμενη πολύ πέρα από το εργαστήριο. Με μια απλή διαδικασία σύνθεσης και εξαιρετική θερμική και ηλεκτρονική απόδοση, η τεχνολογία προσφέρει μια κλιμακούμενη, οικονομικά αποδοτική οδό για την ενσωμάτωση οργανικών υλικών σε ηλιακά θερμοηλεκτρικά συστήματα επόμενης γενιάς.
Καθώς η ζήτηση για συστήματα εκτός δικτύου συνεχίζει να αυξάνεται, οι ερευνητές τονίζουν ότι οι ριζοσπαστικοί φωτοθερμικοί συγκρύσταλλοι όπως το CBC θα μπορούσαν να διαδραματίσουν ζωτικό ρόλο στη μετατροπή του φωτός σε ενέργεια και της ενέργειας σε δυνατότητα.
www.worldenergynews.gr
