Quand les scientifiques essaient d'améliorer les choses, ils se tournent souvent vers une règle standard et essaient de la réfuter ou de la perturber.

Un consortium de chercheurs utilisant la fonderie moléculaire unique du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) a entrepris de faire exactement cela avec la loi de Planck.

la loi de Planck, qui constitue la base de la théorie quantique, déclare que le rayonnement électromagnétique des corps chauffés est distribué sur une large gamme de longueurs d'onde et une large gamme d'angles.

Cependant, Max Planck lui-même a noté que la distribution d'énergie d'émission s'écarterait considérablement de sa loi si la taille caractéristique de l'objet émetteur est inférieure à la longueur d'onde thermique (environ 10 micromètres à température ambiante). Avec l'avènement des micro et nanotechnologies, il est facile de fabriquer des matériaux là où la loi de Planck ne tiendra pas.

Les chercheurs ont entrepris de déterminer l'écart par rapport à la loi de Planck afin de comprendre cet impact sur les technologies basées sur des géométries nano- et micro-structurées. Imaginez un matériau de stockage thermique qui convertit l'électricité en chaleur, puis la diffuse vers une cellule photovoltaïque pour récupérer l'électricité lorsque vous le souhaitez. L'émetteur radiatif du stockage thermique pourrait être constitué de nanostructures pour maximiser les performances.

Un autre exemple est dans le domaine des thermoélectriques à base de nano-géométrie à haute température, où la chaleur résiduelle à haute température est convertie en électricité. Il est important de comprendre le rayonnement de ces caractéristiques à l'échelle nanométrique, car le rayonnement est la principale source de fuite de chaleur à haute température et entraînera une réduction de l'efficacité de la conversion chaleur-électricité.

Soutenir l'industrie

Des recherches comme celle-ci sont sur lesquelles se concentrent les laboratoires nationaux américains. Les chercheurs posent les questions et font les expériences que l'industrie n'est peut-être pas en mesure de soutenir dès le début.

Les installations d'utilisateurs scientifiques telles que la fonderie moléculaire contribuent également à ce type de recherche. The Molecular Foundry est une entité de recherche en nanosciences financée par le Department of Energy (DOE) qui offre aux utilisateurs du monde entier un accès à une expertise de pointe, des outils d'instrumentation et de modélisation dans un environnement collaboratif, environnement multidisciplinaire.

Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé les modèles de rayonnement disponibles dans la fonderie moléculaire pour modéliser le rayonnement thermique de nanorubans rectangulaires de verre de silice, un matériau diélectrique polaire. La modélisation a été réalisée à l'aide de supercalculateurs du National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), une autre installation d'utilisateurs du DOE située à Berkeley Lab. Les expériences ont été menées par des chercheurs de l'Université de Californie, San Diego.

"Personne n'a exploré le comportement relatif des nano-géométries, des nano-géométries particulièrement anisotropes - des nanostructures de section rectangulaire - ainsi, " dit Ravi Prasher, l'un des chercheurs.

Les applications pratiques de cette conversion d'énergie à un stade précoce sont importantes pour de nombreuses applications d'énergie renouvelable, comme la production d'électricité solaire concentrée, désalinisation de l'eau, réactions thermochimiques, chauffage à l'eau, et stockage thermique.

La publication, "Émission thermique cohérente en champ lointain à partir de la résonance polaritonique dans des nanorubans anisotropes individuels, " a été publié dans Communication Nature en mars 2019.