منذ عدة سنوات ، طور خبير البصريات تقنية لتحويل المعادن اللامعة في الملعب الأسود. أسفرت الحيلة عن مادة مناسبة تمامًا لامتصاص أشعة الشمس – لدرجة أن المولدات التي تم بناؤها معها قد أنتجت طاقة أكثر من 15 مرة من الأجهزة المماثلة.
استخدم الفريق المعدن الأسود لتطوير تصميم جديد للمولدات الحرارية الشمسية. المعروف باسم Stegs ، يمكنهم تحويل أنواع مختلفة من الطاقة الحرارية إلى الكهرباء. ومع ذلك ، فإن القيود التكنولوجية كبحت بشكل كبير إمكاناتها ، حيث يتم تحويل ناتج الطاقة إلى 1 ٪ فقط من أشعة الشمس إلى الكهرباء – MEDIOCRE مقارنة بحوالي 20 ٪ لأنظمة الألواح الشمسية السكنية. يتغلب التصميم الجديد ، الذي نُشر في 12 أغسطس في Light: Science & Applications ، على هذا التحدي من خلال السماح بالتحكم الدقيق للغاية في كل طبقة من الجهاز ، والتي تم بناء بعضها من المعدن الأسود.
عادةً ما يكون لدى Stegs الجانبين “الساخن” و “البارد” محصوراً بمواد أشباه الموصلات ، ويولد فرق درجة الحرارة بين الجانبين الكهرباء من خلال ظاهرة تسمى تأثير SEEBECK. على مدى عقود ، كان التركيز على تحسين مواد أشباه الموصلات للتحكم بشكل أفضل في اختلاف الحرارة ، كما أوضح تشونلي قوه ، كبير المؤلفين في الدراسة والعالم المادي في جامعة روتشستر ، في بيان. حقق هذا النهج نجاحًا محدودًا ، وهذا هو السبب في أن Guo – خالق تكنولوجيا المعادن السوداء – قد قام بتوضيح عناصر أخرى ، وهي هذه الجوانب الساخنة والباردة.
تعتمد تصميم Guo على ثلاث استراتيجيات تصنيع تعتمد بشكل كبير على الليزر. أولاً ، عالج فريقه التنغستن بنبضات ليزر فيمتوثانية – عوارض ultrashort التي تومض المعدن بمقاييس رباعية واحدة من الثانية – لتحويلها إلى المعدن الأسود. على وجه التحديد ، قاموا بتصميم المواد بحيث يتم تحسينها لامتصاص أشعة الشمس مع تقليل إمكانية فقدان الحرارة غير المرغوب فيها.
بعد ذلك ، قاموا بتغطية التنغستن المعالجة بقطعة من البلاستيك ، مما يجعل “دفيئة صغيرة” تعظيم قدرة الجانب الساخن على فخ الحرارة. أخيرًا ، لموازنة الأمور ، استخدم الفريق مرة أخرى ليزر FeMtoSecond لتصنيع منشخ حراري خاص من الألومنيوم. أوضح الباحثون أن هذه الهياكل النانوية ضاعفت أداء التبريد للجانب البارد.
للتحقق من صحة تصميمه ، أجرى الفريق تجربة بسيطة اختبروا فيها تصميم الإدارة الحرارية هذا عن طريق الإضاءة. كما هو متوقع ، سمح إعدادهم لـ STEG بتشغيل LED بالكامل في أقصى سطوع عند مستويات إضاءة أقل بكثير ، كما كتب الباحثون في الدراسة. يعد الجهاز أيضًا مضغوطًا وخفيف الوزن نسبيًا ، مما يعني أنه قد “قد” يمكن أن “أجهزة إلكترونية محتملة للطاقة ، مثل أجهزة الاستشعار المستقلة لمراقبة الطقس وتطبيقات الزراعة ، والأجهزة الذكية” ، وفقًا لما ذكره الدراسة.
لعشاق الموسيقى المعدنية و القوة الشمسية ، لا ينبغي أن يكون هذا البحث مفاجأة. عندما يتعلق الأمر بالطاقة النظيفة ، فإن المعدن الأسود يسير بشدة.