Лазерный мир

Исследовательская лаборатория Университета Рочестера, которая недавно использовала лазеры для создания непотопляемых металлических структур, теперь продемонстрировала, как эта же технология может быть использована для создания высокоэффективных генераторов солнечной энергии.

В статье «Свет: наука и приложения» лаборатория профессора оптики Чунлей Го, также связанного с кафедрой физики и астрономии и Программой материаловедения, описывает использование мощных фемтосекундных лазерных импульсов для травления металлических поверхностей наноразмерными структурами, которые избирательно поглощают свет только на длинах волн солнечного света, но не везде.

Обычная металлическая поверхность блестящая и высоко отражающая. Несколько лет назад лаборатория Го разработала технологию черного металла, которая превратила блестящие металлы в покрытые черным цветом. «Но чтобы сделать идеальный солнечный поглотитель, — говорит Го, — нам нужен больше, чем черный металл, и в результате мы получаем этот селективный поглотитель».

Эта поверхность не только усиливает поглощение энергии солнечного света, но и уменьшает рассеивание тепла на других длинах волн, фактически «создавая идеальный металлический солнечный поглотитель впервые», говорит Го. «Мы также демонстрируем использование солнечной энергии для теплового электрического генератора».

«Это будет полезно для любого поглотителя тепловой энергии или устройства для сбора солнечной энергии», особенно в местах с обильным солнечным светом, добавляет он.

Работа финансировалась Фондом Билла и Мелинды Гейтс, Исследовательским отделом армии и Национальным научным фондом.

Исследователи экспериментировали с алюминием, медью, сталью и вольфрамом и обнаружили, что вольфрам, обычно используемый в качестве теплового солнечного поглотителя, имел самую высокую эффективность поглощения солнечного света при обработке новыми наноразмерными структурами. Это улучшило эффективность генерации тепловой энергии на 130 процентов по сравнению с необработанным вольфрамом.

Соавторы включают Сохаила Джалиля, Бо Лая, Мохамеда Элькаббаша, Джихуа Чжана, Эрика М. Гарселла и Субхаша Сингха из лаборатории Го.

Долгая линия исследований

Лаборатория также использовала технологию фемтосекундного лазерного травления для создания супергидрофобных (водоотталкивающих) и супергидрофильных (притягивающих воду) металлов. Например, в ноябре 2019 года лаборатория Го сообщила о создании металлических конструкций, которые не тонут, независимо от того, как часто они попадают в воду или насколько они повреждены или проколоты.

Эта новая статья, однако, расширяет представление о работе лаборатории с фемтосекундным лазерным травлением для получения черного металла.

До создания водосмачиваемых и водоотталкивающих металлов Гуо и его ассистент Анатолий Воробьев продемонстрировали использование фемтосекундных лазерных импульсов для превращения цвета поверхности практически любого металла в черный цвет. Поверхностные структуры, созданные на металле, были невероятно эффективными при захвате падающего излучения, такого как солнечный свет. Но структуры поглощают свет в широком диапазоне длин волн. Впоследствии его команда использовала аналогичный процесс для изменения цвета ряда металлов на различные цвета, такие как синий, золотой и серый, в дополнение к уже достигнутому черному цвету. Приложения могут включать в себя создание цветных фильтров и оптических спектральных устройств, автомобильное производство, использующее один лазер для производства автомобилей разных цветов; запечатывание полноцветной фотографии семьи на дверце холодильника; или можно сделать предложение с золотым обручальным кольцом, которое соответствует цвету голубых глаз вашей невесты.

Лаборатория также использовала первоначальную технику черного и цветного металла для создания уникальных нано- и микроразмерных структур на поверхности обычной вольфрамовой нити, позволяющей лампочке светиться ярче при том же потреблении энергии.

«Мы выпустили лазерный луч прямо через стекло колбы и изменили заплатку на нити. Когда мы зажгли лампу, то увидели, что этот патч был явно ярче, чем остальная нить накала », — сказал Го.

Ссылка: Университет Рочестера

Источник: https://www.photonicsonline.com/doc/lasers-etch-a-perfect-solar-energy-absorber-0001