«Графеновый» глаз мотылька позволил создать сверхэффективные солнечные панели - «Новости Электроники»

Для эффективной работы большинства солнечных панелей (есть конечно же и альтернативный дизайн) необходимо попадание на них прямых солнечных лучей. А фотоэлементам, расположенным внутри помещений без искусственного источника света или отраженного света просто не обойтись. Однако британские ученые нашли оригинальное решение этой проблемы: они предложили воспользоваться технологиями самой природы, а за основу взять структуру глаза ночного мотылька.

Исследователи из Университета Суррея разработали тончайшую пленку из карбоновых нанотрубок, которая способна перерабатывать до 99% падающего на нее света, практически всех спектральных диапазонов волн. Инновационный материал может улавливать самое незначительное излучение и применяться для самых разнообразных нужд: от оптических датчиков до ультратонких солнечных панелей для смартфонов.

Результаты научной работы под названием Ultra-broadband light trapping using nanotextured decoupled graphene multilayers опубликованы в журнале Science Advances.

Для получения пленки ученые скомбинировали два подхода. Во-первых, в качестве основного материала они взяли графен, который поглощает свет в очень широком диапазоне волн, от видимого света до ультрафиолета. Во-вторых, исследователи воспользовались аморфными наноструктурами, внутри которых «теряется» значительное количество излучения определенной длины волны.

Объединив оба материала, ученые получили тонкую пленку толщиной в 15 нанометров, которая абсорбирует до 99 процентов оптических волн. Исследователи утверждают, что принцип работы пленки они позаимствовали у мотыльков, чьи глаза способны очень хорошо видеть в темноте.

В ходе исследования ученые выращивали аморфные наноструктуры из титана на специальной кремниевой подложке, которая состояла из «пикселей» — квадратных участков с металлической поверхностью и нагревающим элементом. На слой титана наносили слой графена. Идея ученых состояла в том, что верхний слой графена будет «ловить» световые волны, а нерегулярные структуры под ним удерживать электромагнитное излучение.

Для проверки, как хорошо полученный материал поглощает свет, его нагревали до температуры в 200 градусов Цельсия, в результате чего наноструктуры начинали испускать тепло. Согласно закону излучения Кирхгофа, тепловое излучение при этом соответствует излучению тела с определенной способностью к поглощению. Для измерения теплоотдачи ученые использовали тепловизионную камеру. Результаты показали, что материал способен поглощать до 99 процентов падающего на него излучения, от инфракрасных до ультрафиолетовых длин волн.  

В 2014 году компания Surrey NanoSystems разработала материал, названный Vantablack, который поглощает до 99,96 процентов падающего излучения, включая радиоволны. Вещество состоит из вертикальных нанотрубок, в которых «теряются» фотоны, почти не отражаясь обратно и превращаясь в тепло. В 2015 году физики из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы получили наночастицы золота, которые поглощают свыше 98,43 процентов видимого и инфракрасного излучения.

Справка: Графен — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, находящихся в sp²-гибридизации и соединённых посредством σ- и π-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить, как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. Впервые графен был получен в 2004 году.

Источник: nplus1.ru