Wat is een nanoantenna?

Een nanoantenna, of nantenna, is een idee voor een type zonnecel dat, in plaats van zichtbaar licht te benutten om elektriciteit te creëren, gebruik maakt van infraroodstraling die vaak wordt beschouwd als warmte en bestaat buiten het zichtbare bereik voor mensen. Infraroodlicht wordt uitgezonden door de aarde zelf en een breed scala aan industriële processen als afvalsenergie, zoals van kolengestookte energiecentrales. Eén versie van de nanoantenna neemt de vorm aan van een microscopisch klein gouden vierkant of spiraal van metaaldraad ongeveer 1/25 ^th De diameter van een menselijk haar dat is ingebed in een flexibel polyethyleen plastic plaat. Metalen zoals mangaan en koper zijn ook bestudeerd voor de nanoantenna, en in onderzoek vanaf 2008 is de apparaten aangetoond zo hoog te zijn als 92% efficiënt in het omzetten van de frequenties van infraroodlicht die ze vangen in elektrische energie.

Solar -straling omvat een breed spectrumvoorbij het zichtbare lichtbereik. Naar schatting is 44% van het door de zon uitgestraalde licht zichtbaar met 7% in het ultraviolette bereik en 49% in het infraroodbereik. Wanneer zichtbaar licht invloed heeft op het aardoppervlak of zijn atmosfeer, verliest het veel van zijn energie in het proces en het grootste deel hiervan wordt later weer in de ruimte uitgestoten als langere golflengte -infraroodstraling. Het vastleggen van deze energie met behulp van een nanoantenna -array zou twee belangrijke doeleinden kunnen dienen. De energie kan worden gebruikt om talloze elektronische apparaten van stroom te voorzien, en het kan ook worden weggenomen van apparatuur zoals computerservers en andere machines om het koel te houden en efficiënt te werken.

Een van de beperkingen in de huidige nanoantenna -ontwerpen die de productie van een nanoantenna array -systeem nog enige tijd kunnen beperken, is de aard van infraroodlicht om te oscilleren bij hoge frequenties. Dit maakt het noodzakelijk om gelijkrichters in het systeem te bouwen dat wisselstroominfraroodsignalen (AC) zou omzetten in DIrect Current (DC) vermogen. Een vergelijkbare gelijkrichter om met een nanoantenna te werken, zou moeten worden verkleind met een factor 1.000 van de huidige modellen die vanaf 2011 op de markt bestaan ​​om effectief te functioneren, en deze technologie is nog niet ontwikkeld. Een alternatieve benadering zou zijn om een ​​rectificerende antenne zelf te creëren, wat een combinatie zou zijn van een nanoantenna en nano-rectificator, en die van nature infraroodfrequenties zouden reguleren.

De voordelen van het creëren van nanoscopische grootte-componenten van zonnecellen ten opzichte van traditionele zonnecellen van siliciumwafers kunnen ze een revolutionaire sprong voorwaarts maken. Hun efficiëntie bij het omzetten van licht is veel hoger dan standaard fotovoltaïsche zonnecellen die variëren tot slechts ongeveer 15% voor retailversies vanaf 2011. Een nanoantenna zonnecel kan worden geconfigureerd om specifieke golflengten van infrared licht te vangen en aan beide zijden van een paneel te worden geplaatst om twee verschillende golflengten van elke zijde simultaan te vangen.

Misschien een van deDe belangrijkste vorderingen ten opzichte van traditionele zonneceltechnologie is echter dat de functionele componenten van een nantenna klein genoeg zijn dat arrays van de apparaten kunnen worden ingebed in flexibele plastic platen. Dit laken kan dan worden uitgerekt over een breed scala aan onregelmatige oppervlakken of elektronische apparaten. In een onderzoeksfaciliteit aan het Idaho National Laboratory (INL) in de VS zijn al ontstaan ​​met vellen van nanoantenna met vierkanten ongeveer 3 inch bij 3 inch (7,6 bij 7,6 centimeter) dat elk ongeveer 260.000.000 nantenne bevat en rollen van veel grotere lakens mogelijk.