Что такое наноантенна?

Наноантенна, или нантенна, является идеей для типа солнечного элемента, который вместо использования видимого света для производства электричества использует инфракрасное излучение, которое часто рассматривается как тепло и существует за пределами видимого диапазона для людей. Инфракрасный свет излучается самой Землей и множеством промышленных процессов в виде ненужной энергии, например, от угольных электростанций. Одна из версий наноантенны имеет форму микроскопически небольшого золотого квадрата или спирали из металлической проволоки, примерно 1/25 диаметра человеческого волоса, которая встроена в гибкий полиэтиленовый пластик. Металлы, такие как марганец и медь, также были изучены для наноантенны, и в исследованиях с 2008 года было показано, что устройства эффективны на 92% при преобразовании частот инфракрасного света, которые они захватывают, в электрическую энергию.

Солнечное излучение охватывает широкий спектр за пределами видимого диапазона света. Подсчитано, что 44% света, испускаемого Солнцем, видимы: 7% в ультрафиолетовом диапазоне и 49% в инфракрасном диапазоне. Когда видимый свет падает на поверхность Земли или ее атмосферу, он теряет большую часть своей энергии в процессе, и большая часть этого позже излучается обратно в космос в виде инфракрасного излучения с большей длиной волны. Захват этой энергии с использованием массива наноантенн может служить двум важным целям. Энергия может быть использована для питания многочисленных электронных устройств, а также может быть отведена от оборудования, такого как компьютерные серверы и другое оборудование, чтобы обеспечить его работоспособность и эффективность.

Однако одним из ограничений в современных конструкциях наноантенн, которые могут ограничить производство системы антенных решеток на некоторое время, является природа колебания инфракрасного света на высоких частотах. Это делает необходимым встраивание в систему выпрямителей, которые преобразовывали бы инфракрасные сигналы переменного тока (переменного тока) в мощность постоянного тока (постоянного тока). Сравнимый выпрямитель для работы с наноантенной должен быть уменьшен в 1000 раз по сравнению с текущими моделями, которые существуют на рынке по состоянию на 2011 год, чтобы функционировать эффективно, и эта технология еще не разработана. Альтернативный подход заключается в создании самой выпрямительной антенны, которая будет представлять собой комбинацию наноантенны и нано-выпрямителя и которая естественным образом будет регулировать инфракрасные частоты.

Преимущества создания компонентов солнечного элемента наноскопического размера по сравнению с традиционными солнечными элементами с кремниевой пластиной могут сделать их революционным шагом вперед. Их эффективность при преобразовании света намного выше, чем у стандартных фотоэлектрических солнечных элементов, которые для розничных версий на 2011 год составляют всего около 15%. Наноантенна солнечный элемент может быть сконфигурирован для захвата определенных длин волн инфракрасного света и может быть расположен с обеих сторон панель для захвата двух разных длин волн с каждой стороны одновременно.

Однако, возможно, одним из наиболее важных достижений по сравнению с традиционной технологией солнечных элементов является то, что функциональные компоненты нантенны достаточно малы, чтобы массивы устройств могли быть встроены в гибкую пластиковую пленку. Это защитное покрытие может затем быть растянуто по широкому кругу неправильных поверхностей или электронных устройств. В исследовательском центре Национальной лаборатории штата Айдахо (США) уже были созданы листы наноантенны с квадратами около 3 дюймов на 3 дюйма (7,6 на 7,6 сантиметра), каждый из которых содержит около 260 000 000 нанотенн каждый, а рулоны большие листы возможны.