В будущем возможно будет собирать энергию с помощью развевающихся на ветру листьев. Исследователи из Лаборатории органической электроники Университета Линчепинга разработали метод и материал, которые генерируют электрический импульс, когда свет колеблется от солнечного света к тени и наоборот.
Растения и их системы фотосинтеза постоянно подвергаются колебаниям между солнечным светом и тенью. Мы черпали в этом вдохновение и разработали комбинацию материалов, в которых изменение нагрева между солнечным светом и тенью генерирует электричество», - говорит Магнус Йонссон, доцент и главный исследователь исследовательской группы в области органической фотоники и нанооптики в Лаборатории органической электроники., Университет Линчёпинга.
Результаты, проверенные как в экспериментах, так и в компьютерном моделировании, опубликованы в журнале Advanced Optical Materials.
Вместе с исследователями из Гетеборгского университета Магнус Йонссон и его команда ранее разработали небольшие наноантенны, которые поглощают солнечный свет и выделяют тепло. В 2017 году они вместе опубликовали статью в Nano Letters, в которой описывалось, как антенны, встроенные в оконное стекло, могут уменьшить холодные нисходящие потоки воздуха и сэкономить энергию. Антенны размером порядка десятков нанометров реагируют на ближний инфракрасный свет и выделяют тепло.
Мина Ширан Чахарсуги, аспирант группы Магнуса Йонссона, усовершенствовала технологию и создала крошечный оптический генератор, объединив маленькие антенны с пироэлектрической пленкой.
«Пироэлектрический» означает, что при нагревании или охлаждении материала возникает электрическое напряжение. Изменение температуры вызывает перемещение зарядов и генерацию электрического тока в цепи.
Антенны состоят из небольших металлических дисков, в данном случае золотых нанодисков, диаметром 160 нм (0,16 микрометра). Их помещают на подложку и покрывают полимерной пленкой для придания пироэлектрических свойств.
Наноантенны могут быть изготовлены на больших площадях, с миллиардами маленьких дисков, равномерно распределенных по поверхности. Расстояние между дисками в нашем случае составляет примерно 0,3 микрометра. Мы использовали золото и серебро, но они также могут изготавливаться из алюминия или меди», - говорит Магнус Йонссон.
Антенны генерируют тепло, которое затем с помощью полимера преобразуется в электричество. Сначала необходимо поляризовать полимерную пленку, чтобы создать на ней диполь с четкой разницей между положительным и отрицательным зарядом. Степень поляризации влияет на величину генерируемой мощности, а толщина полимерной пленки, похоже, вообще не влияет.
«Мы навязываем материалу поляризацию, и он остается поляризованным в течение длительного времени», - говорит Мина Ширан Чахарсуги.
Мина Ширан Чахарсуги провела эксперимент, чтобы наглядно продемонстрировать эффект, держа ветку с листьями в потоке воздуха от вентилятора. Движение листьев создавало солнечный свет и тень на оптическом генераторе, который, в свою очередь, производил небольшие электрические импульсы и питал внешнюю цепь.
«Исследования находятся на ранней стадии, но в будущем мы сможем использовать естественные колебания между солнечным светом и тенью на деревьях для сбора энергии», - говорит Магнус Йонссон.
Применения, которые ближе к рукам, можно найти в исследованиях оптики, таких как обнаружение света в нанометровом масштабе. Другие приложения могут быть найдены в оптических вычислениях.