Le laboratoire de recherche de l'Université de Rochester qui a récemment utilisé des lasers pour créer des structures métalliques insubmersibles a maintenant démontré comment la même technologie pouvait être utilisée pour créer des générateurs d'énergie solaire très efficaces.

Dans un journal en Lumière :science et applications , le laboratoire de Chunlei Guo, professeur d'optique également affilié au programme de physique et sciences des matériaux, décrit l'utilisation de puissantes impulsions laser femto-secondes pour graver des surfaces métalliques avec des structures à l'échelle nanométrique qui absorbent sélectivement la lumière uniquement aux longueurs d'onde solaires, mais pas ailleurs.

Une surface métallique régulière est brillante et hautement réfléchissante. Il y a des années, le laboratoire Guo a développé une technologie de métal noir qui a transformé les métaux brillants en noir. "Mais pour faire un absorbeur solaire parfait, " Guo dit, "Nous avons besoin de plus qu'un métal noir et le résultat est cet absorbeur sélectif."

Cette surface améliore non seulement l'absorption d'énergie de la lumière du soleil, mais réduit également la dissipation thermique à d'autres longueurs d'onde, en effet, "Fabriquer pour la première fois un absorbeur solaire métallique parfait, " dit Guo. "Nous démontrons également l'exploitation de l'énergie solaire avec un dispositif de générateur électrique thermique."

"Ceci sera utile pour tout absorbeur d'énergie solaire thermique ou dispositif de récupération, " en particulier dans les endroits avec un ensoleillement abondant, il ajoute.

Le travail a été financé par la Fondation Bill et Melinda Gates, le bureau de recherche de l'armée, et la Fondation nationale des sciences.

Les chercheurs ont expérimenté avec l'aluminium, le cuivre, acier, et tungstène, et trouvé que le tungstène, couramment utilisé comme absorbeur solaire thermique, avait l'efficacité d'absorption solaire la plus élevée lorsqu'elle était traitée avec les nouvelles structures à l'échelle nanométrique. Cela a amélioré l'efficacité de la production d'électricité thermique de 130 % par rapport au tungstène non traité.

Les co-auteurs incluent Sohail Jalil, Bo Laï, Mohamed Elkabbash, Jihua Zhang, Erik M. Garcell, et Subhash Singh du laboratoire Guo.

Le laboratoire a également utilisé la technologie de gravure laser femto-seconde pour créer des métaux superhydrophobes (hydrofuges) et superhydrophiles (qui attirent l'eau). En novembre 2019, par exemple, Le laboratoire de Guo a rapporté avoir créé des structures métalliques qui ne coulent pas, peu importe la fréquence à laquelle elles sont forcées dans l'eau ou à quel point elles sont endommagées ou perforées.

Ce nouveau papier, cependant, développe le travail initial du laboratoire avec du métal noir gravé au laser femto-seconde.

Avant de créer les métaux attirant et repoussant l'eau, Guo et son assistant, Anatoliy Vorobyev, a démontré l'utilisation d'impulsions laser femto-secondes pour transformer presque tout métal en noir. Les structures de surface créées sur le métal étaient incroyablement efficaces pour capturer le rayonnement entrant, comme la lumière. Mais ils capturaient la lumière sur une large gamme de longueurs d'onde.

Ensuite, son équipe a utilisé un processus similaire pour changer la couleur d'une gamme de métaux en différentes couleurs, comme le bleu, doré, et gris, en plus du noir déjà réalisé. Les applications pourraient inclure la fabrication de filtres de couleur et de dispositifs spectraux optiques, une usine automobile utilisant un seul laser pour produire des voitures de différentes couleurs; graver une photographie en couleur d'une famille dans la porte du réfrigérateur ; ou proposer avec une bague de fiançailles en or qui correspond à la couleur des yeux bleus de votre fiancée.

Le laboratoire a également utilisé la technique initiale du métal noir et coloré pour créer un ensemble unique de structures à l'échelle nanométrique et microscopique à la surface d'un filament de tungstène régulier, permettant à une ampoule de briller plus intensément à la même consommation d'énergie.

"Nous avons tiré le faisceau laser à travers le verre de l'ampoule et modifié un patch sur le filament. Lorsque nous avons allumé l'ampoule, nous pouvions en fait voir que ce patch était clairement plus lumineux que le reste du filament, " dit Guo.