El laboratorio de investigación de la Universidad de Rochester que recientemente utilizó láseres para crear estructuras metálicas insumergibles ha demostrado ahora cómo se podría utilizar la misma tecnología para crear generadores de energía solar altamente eficientes.

En un papel en Luz:ciencia y aplicaciones , el laboratorio de Chunlei Guo, profesor de óptica también afiliado al Programa de Física y Ciencias de los Materiales, describe el uso de potentes pulsos de láser de femto-segundo para grabar superficies metálicas con estructuras a nanoescala que absorben selectivamente la luz solo en las longitudes de onda solares, pero no en otro lugar.

Una superficie de metal normal es brillante y muy reflectante. Hace años que, el laboratorio de Guo desarrolló una tecnología de metal negro que convertía los metales brillantes en un tono negro. "Pero para hacer un absorbente solar perfecto, "Guo dice, "Necesitamos más que un metal negro y el resultado es este absorbente selectivo".

Esta superficie no solo mejora la absorción de energía de la luz solar, pero también reduce la disipación de calor en otras longitudes de onda, en efecto, "hacer un absorbente solar metálico perfecto por primera vez, "Dice Guo." También demostramos el aprovechamiento de la energía solar con un dispositivo generador térmico eléctrico ".

"Esto será útil para cualquier dispositivo recolector o absorbedor de energía solar térmica, "especialmente en lugares con abundante luz solar, él añade.

El trabajo fue financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates, la Oficina de Investigación del Ejército, y la Fundación Nacional de Ciencias.

Los investigadores experimentaron con aluminio, cobre, acero, y tungsteno, y encontré que tungsteno, comúnmente utilizado como absorbedor solar térmico, tuvo la mayor eficiencia de absorción solar cuando se trató con las nuevas estructuras a nanoescala. Esto mejoró la eficiencia de la generación termoeléctrica en un 130 por ciento en comparación con el tungsteno sin tratar.

Los coautores incluyen a Sohail Jalil, Bo Lai, Mohamed Elkabbash, Jihua Zhang, Erik M. Garcell, y Subhash Singh del laboratorio Guo.

El laboratorio también ha utilizado la tecnología de grabado láser femto-segundo para crear metales superhidrofóbicos (repelentes al agua) y superhidrofílicos (que atraen el agua). En noviembre de 2019, por ejemplo, El laboratorio de Guo informó la creación de estructuras metálicas que no se hunden sin importar la frecuencia con la que se vean forzadas al agua o cuánto esté dañada o perforada.

Este nuevo papel, sin embargo, amplía el trabajo inicial del laboratorio con metal negro grabado con láser femto-segundo.

Antes de crear los metales repelentes y que atraen el agua, Guo y su asistente, Anatoliy Vorobyev, demostró el uso de pulsos láser femto-segundo para convertir casi cualquier tono metálico en negro. Las estructuras de superficie creadas en el metal fueron increíblemente efectivas para capturar la radiación entrante, como la luz. Pero capturaron luz en una amplia gama de longitudes de onda.

Después, su equipo utilizó un proceso similar para cambiar el color de una gama de metales a varios colores, como el azul, dorado, y gris, además del negro ya logrado. Las aplicaciones podrían incluir la fabricación de filtros de color y dispositivos espectrales ópticos, una fábrica de automóviles que utiliza un solo láser para producir automóviles de diferentes colores; grabar una fotografía a todo color de una familia en la puerta del refrigerador; o proponer matrimonio con un anillo de compromiso de oro que combine con el color de los ojos azules de su prometida.

El laboratorio también utilizó la técnica inicial de metal negro y coloreado para crear una matriz única de estructuras a nano y microescala en la superficie de un filamento de tungsteno regular. permitiendo que una bombilla brille más intensamente con el mismo uso de energía.

"Disparamos el rayo láser a través del vidrio de la bombilla y modificamos un parche en el filamento. Cuando encendimos la bombilla, pudimos ver que este parche era claramente más brillante que el resto del filamento, "Dijo Guo.