O que é uma nanoantena?

Uma nanoantena, ou nantena, é uma idéia para um tipo de célula solar que, em vez de aproveitar a luz visível para gerar eletricidade, faz uso da radiação infravermelha que costuma ser vista como calor e existe além da faixa visível para os seres humanos. A luz infravermelha é emitida pela própria Terra e por uma ampla gama de processos industriais, como desperdício de energia, como em usinas a carvão. Uma versão da nanoantena assume a forma de um quadrado de ouro microscopicamente pequeno ou espiral de fio de metal com cerca de 1/25 do diâmetro de um cabelo humano que é incorporado em uma folha plástica de polietileno flexível. Metais como manganês e cobre também foram estudados para a nanoantena e, em pesquisas a partir de 2008, os dispositivos mostraram ser tão altos quanto 92% eficientes na conversão das frequências de luz infravermelha que capturam em energia elétrica.

A radiação solar abrange um amplo espectro além da faixa visível de luz. Estima-se que 44% da luz emitida pelo Sol seja visível, sendo 7% na faixa ultravioleta e 49% na faixa infravermelha. Quando a luz visível afeta a superfície da Terra ou de sua atmosfera, ela perde grande parte de sua energia no processo e a maior parte disso é emitida de volta ao espaço como radiação infravermelha de comprimento de onda maior. Capturar essa energia usando uma matriz de nanoantenas poderia servir a dois propósitos importantes. A energia poderia ser usada para alimentar vários dispositivos eletrônicos e também poderia ser retirada de equipamentos como servidores de computador e outras máquinas para mantê-lo fresco e funcionando com eficiência.

Uma das limitações nos projetos atuais de nanoantenas, no entanto, que podem limitar a produção de um sistema de nanoantenas por algum tempo, é a natureza da luz infravermelha para oscilar em altas frequências. Isso torna necessário construir retificadores no sistema que convertam os sinais infravermelhos de corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC). Um retificador comparável para trabalhar com uma nanoantena teria que ser reduzido em um fator de 1.000 em relação aos modelos atuais existentes no mercado a partir de 2011 para funcionar de maneira eficaz, e essa tecnologia ainda não foi desenvolvida. Uma abordagem alternativa seria criar a própria antena retificadora, que seria uma combinação de uma nanoantena e um nano-retificador e que naturalmente regularia as frequências de infravermelho.

As vantagens de criar componentes de células solares de tamanho nanoscópico sobre as células solares tradicionais de bolacha de silício podem torná-las um salto revolucionário. Sua eficiência na conversão de luz é muito superior às células solares fotovoltaicas padrão, que variam de apenas cerca de 15% para as versões de varejo a partir de 2011. Uma célula solar de nanoantena pode ser configurada para capturar comprimentos de onda específicos da luz infravermelha e pode ser colocada em ambos os lados da um painel para capturar dois comprimentos de onda diferentes de cada lado simultaneamente.

Talvez um dos avanços mais importantes sobre a tecnologia tradicional de células solares seja o fato de os componentes funcionais de uma nantena serem pequenos o suficiente para que as matrizes dos dispositivos possam ser incorporadas em folhas de plástico flexíveis. Essa folha pode então ser esticada sobre uma ampla variedade de superfícies irregulares ou dispositivos eletrônicos. Em uma instalação de pesquisa do Laboratório Nacional de Idaho (INL), nos EUA, já foram criadas folhas de nanoantena com quadrados de 7 a 7 polegadas de largura (7,6 a 7,6 cm), cada uma contendo cerca de 260.000.000 de nantena e rolos de muito folhas maiores são possíveis.