Mullistava väriteknologia ja aurinkoenergia

Case Western Reserve -yliopiston fyysikot kehittävät erittäin ohuita optisia pinnoitteita, jotka voivat pidentää dramaattisesti aurinkopaneelien käyttöikää sekä parantaa esimerkiksi datan tallennusta tai suojata väärentämiseltä.

"Kuvittele maailma, jossa pinnat eivät vain näytä eloisia värejä, vaan toimivat myös tehokkaina energiankeruualustoina", visioi Case Western Reserve yliopiston fysiikan professori Giuseppe Strangi. "Tämä on maailma, jonka tuomme esiin."

Strangi johtaa tutkimusryhmää, joka kehittää uusia optisia pinnoitteita, jotka ovat vain muutaman atomikerroksen ohuita. Ne voivat samanaikaisesti lähettää ja heijastaa kapeakaistaista valoa värien ennennäkemättömällä eloisuudella ja puhtaudella.

"Ne toimivat kuin hyvin valikoivina läpinäkyvinä ikkunoina ja heijastavina peileinä", Strangi kertoo, "ja tämä tarkkuus antaa meille mahdollisuuden manipuloida heijastuneen valon ulkonäköä."

Lupaavin mahdollinen sovellus uusille optisille pinnoitteille on aurinkopaneelien käyttöiän pidentäminen, Strangi toteaa.

Aurinkopaneelit kestävät yleensä noin 20 - 30 vuotta. Syitä ovat muun muassa: Auringonvalo antaa energiaa, mutta myös lämmittää paneelia, mikä vähentää sen lyhytaikaista tehokkuutta ja pitkäaikaista kestävyyttä, koska lämpö hajottaa materiaaleja.

Tämä johtuu siitä, että valoenergiassa on kaksi erityistä kaistaa: Toinen eli valosähkö voidaan varastoida energiaksi, kun taas lämpö vain lämmittää paneelia.

"Mutta tähän asti ei voitu tehdä eroa näiden kahden välillä, joten energian saamiseksi on ollut hyväksyttävä myös lämpö", Strangi selventää. "Pinnoitteemme erottavat nämä kaksi, mikä lisää sähköntuotantoa lyhyellä aikavälillä ja kuusinkertaistaa paneelin käyttöiän."

Case Western Reserve on myös saanut patentin uusille materiaaleille, kertoo Strangi. Tutkimusryhmä, johon kuului myös muiden yliopistojen tutkijoita, työskentelee myös teollisten yhteistyökumppaneiden kanssa Yhdysvalloissa ja Suomessa tutkiakseen teknologian laajentamista.

Tämä uusin työ perustui ryhmän alkuperäisiin löydöksiin, jotka julkaistiin vuonna 2021 Nature Nanotechnology -lehdessä ja joita he kutsuivat nimellä "Fano resonanssi optiset pinnoitteet".

Fanon ainutlaatuiset oivallukset koskivat "spektriviivamuotoja" tai molekyylin tai jopa yksittäisen atomin energiamuutoksen visualisointia. Strangin tiimi on pystynyt manipuloimaan näitä Fanon viivamuotoja – eli energiaa – rajoittamalla jatkumon diskreettejä tiloja ohutkalvofotoniikassa.

Muut sovellukset uudelle tutkimukselle ovat erilaisia: Uudet "rakenteellisen värityksen" edistysaskeleet parantaisivat tietokoneiden näyttöteknologioita, lisäävät datan tallennusta, parantavat väärennösten torjuntatoimia ja mahdollistavat jopa enemmän muunnelmia sisustuksessa, Strangi sanoi yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Kestävämpiä ja ohuempia aurinkokennoja

Ennätystehokkuus ohuille piiaurinkokennoille