Wie tiefschwarze Metall wandelt Sonnenlicht macht Dampf

Dampfkraft, konnte sobald eine große Kraft hinter der industriellen Revolution wieder in Mode, kommen nach chinesische Forschern, das Metall der Welt"dunkelste" das Sonnenlicht entwickelt Dampf bei etwa 90 Prozent Wirkungsgrad umwandelt.

Trotz aus Gold gemacht, ist der so genannte "plasmonische Absorber" tiefschwarz wie sie 99 Prozent des Lichtes im sichtbaren mittleren infraroten Spektrum absorbiert. Seine Designer sagen, dies ist eine dramatische Verbesserung über frühere Metall Absorber und vergleichbar mit der Welt dunkelste Material, Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) Arrays. In Kombination mit seiner porösen Struktur ermöglicht dies das Metall zur Nutzung der Solarenergie um zu erzeugen Dampf bei weit geringeren Lichtintensitäten und Temperaturen als traditionellen Ansätzen, die Sonnenlicht auf sehr hohem Niveau zu fahren Dampfturbinen zu bündeln.

Das Gerät auch selbst zusammenbauen kann die großangelegte Herstellung von plasmonische Absorber für eine Vielzahl von Anwendungen ermöglichen könnte, sagte der Forscher. [10 Technologien, die Ihr Leben verändern werden]

"Es öffnet sich eine Vielzahl von Möglichkeiten in Bezug auf die solare Katalyse, Wasseraufbereitung, Sensoren und Detektoren,", sagte Co-Studienautor Jia Zhu, Professor an der Universität Nanjing in China. "Dampf kann zur Abtötung von Bakterien für biomedizinische Anwendungen verwendet werden, andere versuchen mit Dampf Hitze-Motoren zur Stromerzeugung ausgeführt und Dampf kann auch als saubere Wasser verwendet werden, sobald Sie es kondensieren. Es gibt eine Menge Dinge, die getan werden kann, und ich sehe großes Potenzial in unserer Absorber."

Der neue Absorber, beschrieben in einer Publikation in der Zeitschrift Science fortschreitet, 8. April nutzt Plasmonik, wo können die freien Elektronen, die elektrischen Strom passieren Metalle ermöglichen auch durch elektromagnetische Wellen angeregt werden, das Licht ausmachen.

Durch sorgfältig entwerfen nanoskaligen Metallstrukturen, ist es möglich, diesen Effekt absorbieren die Energie aus Licht zu nutzen. Derzeit diese Entwürfe sind normalerweise nur bei bestimmten Wellenlängen wirksam und sie zu bauen erfordert komplizierte Labor-Techniken wie fokussierte Ion Beam und e-Beam Lithografie.

Für ihre neue Absorber, die chinesischen Forscher beschäftigt Anodisierung – ein einfaches Verfahren, das Elektrizität verwendet, um die Oberfläche eines Metalls oxidiert – erstelle ich eine Aluminiumoxid-Vorlage mit nanoskalige Poren übersät. Dann stellte sie eine Dampf von gold-Nanopartikeln, die auf die Vorlage Oberfläche und in den Poren selbst zusammengebaut.

Die Wabenform der Vorlage hilft Licht auf den Absorber durch die Reduzierung der Reflektivität beschränken, sondern Zhu sagte, dass das Geheimnis dieses Erfolgs ist nach dem Zufallsprinzip Größe Nanopartikel zusammengepfercht.

In der Regel hängt die Lichtfrequenz, bei der Elektronen angeregt werden, stark von der Größe des Partikels, also mit verschiedenen Teilchen Größen bedeutet mehr Frequenzen abgedeckt sind. Außerdem, wenn die Partikel dicht gepackt sind, sagten ihre Elektronen zusammenarbeiten können, um Interaktion mit Licht effizienter und einem breiten Spektrum von Wellenlängen, die Forscher.

"Jedes Partikel reagieren kann auf eine andere Frequenz, aber wenn sie eng zusammen verpackt sind, dass sie auch zusammen arbeiten," sagte Zhu Leben Wissenschaft.

Um die praktische Wirksamkeit des Geräts zu demonstrieren, zeigten die Wissenschaftler, dass es Dampf erzeugen könnte, indem einfach schwimmt auf Wasser, wenn beleuchtet mit dem Äquivalent von vier Sonnen im Wert von Licht, eine weit geringere Intensität als andere solar-Dampferzeuger erfordern. [Top 10 verrückteste ökologischen Ideen]

Nach Zhu bedeutet die Struktur des Absorbers auch, dass sehr wenig Energie verschwendet wird, beim Erhitzen Wasser, das nicht in Kontakt mit dem Gerät. "Nur die oberste Wasseroberfläche erwärmt sich und wird sofort verdampft," fügte er hinzu. "Und die poröse Struktur bietet Kanäle für den Dampf entweichen."

Ventsislav Valev, Professor an der Fakultät für Physik an der University of Bath in Großbritannien, vor kurzem gebaut, eine funktionierende nanophotonische Dampfmaschine, in der Dampf erzeugt wird durch Laser beleuchtet plasmonische Nanopartikel. Sagte er die hohe Absorption der breiten Wellenlängenbereich um die Teamstruktur ist beeindruckend und er vereinbart, dass es eines Tages in großem Maßstab hergestellt werden könnte.

"Das Problem sehe ich, dass bei der Skalierung der Produktions, Wärmeverlust an die Umgebung wird ein wichtiger Faktor", sagte Valev Leben Wissenschaft. Er sagte, dass sein Team gefunden, dass es einfach zur Dampferzeugung aus kleine Mengen von Wasser war, aber es immer schwieriger, mit einem größeren Volumen wurde.

Sowohl die Effizienz und die Bandbreite der neuen Absorber sind ähnlich denen mit CNTs erreicht, aber Zhu sagte, dass ihr Ansatz auf die bereits gut entwickelte Hüttenindustrie Huckepack kann, während CNT-Technologie noch ins Labor beschränkt ist.

Aber er denkt, die zwei Ansätze zur Lichtabsorption können kostenlos sein und beide sollten untersucht werden. "CNTs haben ihre eigenen einzigartigen Vorteile, aber auch Metalle sind einzigartig," Zhu sagte. "Wenn wir jetzt kombinieren können, unglaubliche Licht absorbierenden in Metallen mit ihren anderen Eigenschaften in Sachen wie Katalyse oder Sensorik, die große wäre."

Zhu sagte, dass er und seine Kollegen entwickeln derzeit Materialien und Prozesse, die mit viel niedrigeren Kosten und einem Sonnenintensität hohen Wirkungsgrad.

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