Pientä tehonkeruuta kellon ympäri

Suurin osa maahan tulevasta auringonvalosta imeytyy maan pintoihin, valtameriin ja ilmakehään. Tämän lämpenemisen seurauksena infrapunasäteilyä emittoituu kaikkialla ympärillämme 24 tuntia vuorokaudessa.

King Abdullah University of Science and Technologyn (KAUST) tutkijat ovat kehittäneet rektennan, joka voi hyödyntää tätä energiaa muuntamalla sen aaltosignaalia hyödylliseksi sähköksi.

Koska infrapunaemissioilla on hyvin pienet aallonpituudet, ne tarvitsevat nanokokoisia antenneja. Tunnelointipiirit, kuten metalli-eristin-metalli (MIM) -diodit, tasasuuntaavat infrapuna-aaltoja virraksi, siirtämällä elektroneja nanokokoisen esteen kautta.

Tunneloitavien voimakkaiden kenttien tuottamiseksi tarvitaan rusettimaista nanoantennia, jossa on ohut eristävä kalvo kahden hieman päällekkäin menevän metalliosan väliin.

Tutkijoiden mukaan valitsemalla metalleja, joilla on erilaiset työfunktiot, uusi MIM-diodi voi napata infrapuna-aaltoja, nollajännitteellä, passiivinen ominaisuus, joka kytkee laitteen vain tarvittaessa. Infrapuna-altistuksella tehdyt kokeet paljastivat, että rusetti onnistui keräämään energiaa yksinomaan säteilystä eikä lämpövaikutuksista, mikä ilmenee polarisaatiosta riippuvasta antojännitteestä.

Georgia Techin tutkijaryhmä, joka esitteli oman optisen rektennan vuonna 2015, raportoi nyt kaksinkertaistaneensa rakenteen tehokkuuden ja siirtymisestä ilmalle vakaisiin diodimateriaaleihin. Tutkijoiden suunnitelma koostuu hiilinanoputkiantennista ja dioditasasuuntaaja.

Optiset rektennat toimivat kytkemällä valon sähkömagneettikenttä antenniin, tässä tapauksessa moniseinämäisten hiilinanoputkien joukkoon, joiden päät on avattu. Sähkömagneettinen kenttä luo värähtelyä antennissa, jolloin syntyy vaihteleva elektronien virta. Kun elektronivirta saavuttaa huippunsa antennin toisessa päässä, diodi sulkeutuu, kaapaten elektronit ja avautuu uudelleen, jotta kaapata seuraava värähtelyn, mikä luo virtavuon.

Saadakseen rakenteen kestämään normaalia ympäristöilmaa he päätyivät aluminan (Al2O3) ja hafniumdioksidia (HfO2) sisältävän kaksikerroksisesta materiaalin kannalle. Uuden yhdistelmän kanssa valmistetut rektennat ovat pysyneet toiminnassa jo vuoden.

Aiheesta aiemmin:

Aurinkokennotekniikoiden ennätysjahtia

Nanorakenteet tehostavat aurinkosähköä

Tehokkaampaa hukkalämmön keruuta