Co to jest Nanoantenna?

Nanoantenna, czyli nantenna, jest pomysłem na rodzaj ogniwa słonecznego, które zamiast wykorzystywać światło widzialne do wytworzenia elektryczności, wykorzystuje promieniowanie podczerwone, które jest często uważane za ciepło i istnieje poza zasięgiem widzialnym dla ludzi. Światło podczerwone jest emitowane przez samą Ziemię i szereg procesów przemysłowych, takich jak energia odpadowa, na przykład z elektrowni węglowych. Jedna wersja nanoanteny ma kształt mikroskopijnie małego złotego kwadratu lub spirali metalowego drutu o średnicy około 1/25 średnicy ludzkiego włosa zatopionego w elastycznym arkuszu z polietylenu. Metale takie jak mangan i miedź zostały również zbadane pod kątem nanoantenny, a w badaniach od 2008 roku wykazano, że urządzenia te wykazują aż 92% skuteczności w konwersji częstotliwości światła podczerwonego, które wychwytują na energię elektryczną.

Promieniowanie słoneczne obejmuje szerokie spektrum poza widzialnym zakresem światła. Szacuje się, że 44% światła emitowanego przez Słońce jest widoczne, 7% w zakresie ultrafioletowym i 49% w zakresie podczerwieni. Kiedy światło widzialne uderza w powierzchnię Ziemi lub jej atmosfery, traci w ten sposób znaczną część swojej energii, a większość z nich jest później emitowana z powrotem w przestrzeń kosmiczną w postaci promieniowania podczerwonego o większej długości fali. Przechwytywanie tej energii za pomocą matrycy nanoantenowej może służyć dwóm ważnym celom. Energia ta może być wykorzystana do zasilania wielu urządzeń elektronicznych, a także może zostać odciągnięta od sprzętu, takiego jak serwery komputerowe i inne maszyny, aby zapewnić jej chłodzenie i wydajność.

Jednak jednym z ograniczeń obecnych konstrukcji nanoantenowych, które może ograniczać wytwarzanie układu matryc nanoantenowych przez pewien czas, jest natura światła podczerwonego, które oscyluje przy wysokich częstotliwościach. Dlatego konieczne jest wbudowanie w system prostowników, które przetwarzałyby sygnały podczerwone prądu przemiennego (AC) na moc prądu stałego (DC). Porównywalny prostownik do pracy z nanoanteną musiałby zostać pomniejszony o współczynnik 1000 w porównaniu z obecnymi modelami, które istnieją na rynku od 2011 roku, aby skutecznie działać, a technologia ta nie została jeszcze opracowana. Alternatywnym podejściem byłoby stworzenie samej anteny prostowniczej, która byłaby kombinacją nanoanteny i nano-prostownika i która naturalnie regulowałaby częstotliwości podczerwieni.

Zalety tworzenia elementów ogniw słonecznych o rozmiarach nanoskopowych w porównaniu z tradycyjnymi ogniwami słonecznymi z płytkami krzemowymi mogą uczynić z nich rewolucyjny krok naprzód. Ich skuteczność w przetwarzaniu światła jest znacznie wyższa niż standardowych ogniw fotowoltaicznych, które w 2011 r. Osiągają nawet około 15% w wersjach detalicznych. Ogniwo słoneczne nanoantenna można skonfigurować do przechwytywania określonych długości fal światła podczerwonego i można je umieścić po obu stronach panel do przechwytywania dwóch różnych długości fali jednocześnie z każdej strony.

Być może jednym z najważniejszych postępów w stosunku do tradycyjnej technologii ogniw słonecznych jest to, że funkcjonalne elementy nantenny są na tyle małe, że tablice urządzeń można osadzić w elastycznej plastikowej osłonie. Arkusz ten można następnie rozciągnąć na wiele różnych nieregularnych powierzchni lub urządzeń elektronicznych. W placówce badawczej w Idaho National Laboratory (INL) w USA utworzono już arkusze nanoantenny z kwadratami o szerokości około 3 cali na 3 cale (7,6 na 7,6 centymetrów), z których każda zawiera około 260 000 000 nantenna każda i rolki wielu możliwe są większe arkusze.