Une façon de produire de l'eau propre est de chauffer l'eau sale jusqu'à ce qu'elle se transforme en vapeur. Au fur et à mesure que la vapeur monte, il laisse derrière lui les contaminants les plus lourds et peut être collecté et refroidi, fournir de l'eau propre. Il existe de nombreuses façons de chauffer l'eau, l'une d'elles consiste à utiliser des matériaux absorbant la lumière à l'interface air/eau pour capter la lumière du soleil et convertir la lumière en chaleur. Cette méthode est très économe en énergie car toute l'énergie solaire absorbée est utilisée pour chauffer l'eau près de la surface, plutôt que de chauffer toute la masse d'eau.

Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans Lettres nano , une équipe de chercheurs dirigée par Mozhen Wang à l'Université des sciences et technologies de Chine et Yadong Yin à l'Université de Californie Riverside a démontré une méthode qui améliore considérablement l'efficacité de la production de vapeur solaire à l'aide de nanostructures métalliques plasmoniques absorbant la lumière.

Les nanostructures métalliques plasmoniques sont un nouveau matériau populaire pour de nombreuses applications photoniques, y compris les cellules solaires et l'imagerie optique, car ils interagissent avec la lumière de manière unique et peuvent être conçus pour présenter des propriétés souhaitables. Pour la production de vapeur solaire, par exemple, ils peuvent être modifiés pour avoir une absorption lumineuse élevée et des propriétés de faible diffusion.

Une limite, cependant, est que les nanostructures plasmoniques ont une bande de résonance étroite et qu'elles ne peuvent donc absorber qu'une petite partie du spectre solaire. Dans la nouvelle étude, le résultat principal des chercheurs a été d'élargir considérablement la bande de résonance étroite des nanoparticules d'argent plasmoniques.

"Nous avons démontré que les nanostructures métalliques peuvent être conçues par synthèse chimique pour devenir très efficaces dans la conversion de la lumière à large spectre en chaleur, permettant une production efficace de vapeur solaire, " Yin a dit Phys.org .

L'amélioration est basée sur un concept appelé couplage plasmonique. Lorsque deux nanoparticules plasmoniques se rapprochent, leurs modes de résonance s'hybrident, ce qui élargit leur bande de résonance combinée et leur permet d'absorber la lumière d'une plus large gamme de fréquences.

Bien que cette méthode ait déjà été essayée, il n'a abouti qu'à de petites améliorations de l'élargissement spectral. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont considérablement amélioré les performances en utilisant une méthode de croissance ensemencée confinée pour s'assurer que davantage de nanoparticules sont suffisamment proches les unes des autres pour ressentir les effets. Dans la méthode de croissance par semis, les graines sont fixées sur la surface interne des nanocoquilles polymères selon une distribution aléatoire de sorte que, à mesure que les graines se transforment en nanoparticules plasmoniques, ils se rapprochent. Cette méthode garantit une densité élevée de nanoparticules qui bénéficient du confinement spatial et présentent une absorption lumineuse à large bande.

Les chercheurs ont calculé que la nouvelle méthode pourrait atteindre des rendements de production de vapeur solaire pouvant atteindre 95 %, qui est l'une des plus grandes efficacités à ce jour. Dans les tests avec la lumière naturelle du soleil, les nanoparticules ont atteint une efficacité de 68%. Les chercheurs prévoient d'améliorer encore les nanostructures à l'avenir.

"Notre prochaine étape immédiate est de développer des nanostructures noires en utilisant des métaux non antérieurs tels que le cuivre et l'aluminium, ", a déclaré Yin. "L'objectif est de réduire les coûts de production et de rendre la production de vapeur solaire efficace plus économiquement viable pour une utilisation à grande échelle."

© 2019 Réseau Science X