Silvija Gradečak tiene grandes intenciones por los ingredientes pequeños. El profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en el MIT se centra en la conversión de energía y la captación de luz mediante el uso de nanomateriales. Es a estas escalas microscópicas donde puede personalizar componentes individuales, fusionar las partes, y crear un nuevo tipo de material.

El trabajo no está exento de desafíos:existe la necesidad de comprender y equilibrar delicadamente las piezas a escala atómica y luego poder tomar los descubrimientos realizados en el laboratorio y aplicarlos a un espacio de trabajo más grande.

Pero también hay grandes posibilidades:sus células solares podrían absorber y utilizar más luz solar. Sus bombillas podrían durar más y sus dispositivos termoeléctricos podrían tomar el calor que de otro modo se perdería y convertirlo en energía. "Buscamos más eficientes más respetuoso con el medio ambiente, y tecnología menos costosa con nuevas capacidades, "Dice Gradečak.

Trabajando en espacios cerrados

Uno de los beneficios de usar nanomateriales es su escala, Gradečak dice. Las dimensiones confinadas son ideales para adaptar las propiedades de los electrones, fotones, y protones, Brindando la oportunidad de diseñar componentes individuales a nanoescala y, utilizando métodos de síntesis, controlar sus propiedades y rendimiento. Por ejemplo, cambiando el tamaño y la composición de los nanomateriales, Gradečak puede cambiar la banda prohibida de energía de un semiconductor, permitiendo que fotones de diferentes energías sean absorbidos en un nuevo tipo de célula solar.

La investigación se encuentra en sus primeras etapas, pero Gradečak dice que existe el potencial para varias aplicaciones de recolección de luz, específicamente cuando se trata de eficiencia. Tal y como está, dentro de una hora, la Tierra recibe suficiente luz solar para suministrar energía para un año. El problema es que solo una parte de la luz solar se utiliza con la tecnología solar actual.

Las células de Gradečak podrían personalizarse para absorber diferentes longitudes de onda y estar compuestas por varios tipos de nanomateriales:nanocables, nanopartículas, y grafeno, cada uno de los cuales tiene una función específica en el nuevo tipo de células solares. Los dispositivos podrían colocarse en edificios y otras superficies para tener en cuenta las necesidades tanto de una aplicación específica como de una ubicación geográfica determinada. Agregando a eso, las nuevas células solares son flexibles, ligero, y transparentes:las celdas no estarían limitadas en su ubicación, pero ahora se puede utilizar en superficies curvas y móviles, como coches y ropa. "Aprovechar la luz solar se convertiría en una cuestión de conveniencia, " ella dice.

Jugando con colores

Otro de sus proyectos se centra en el desarrollo de diodos emisores de luz:las fuentes actuales de luz artificial podrían durar más y ser más eficientes. Como dice Gradečak, generan más calor que luz. Existen bombillas basadas en diodos semiconductores y ya son más eficientes, pero también son más caras. Los nanocables podrían contener la solución. Se pueden cultivar en una variedad de sustratos, reduciendo así los costes, y no contienen los defectos inherentes a la tecnología actual.

El desafío de fabricar fuentes de iluminación es producir los mismos colores e intensidades que el sol, y hacerlos cómodos para el ojo humano. En el laboratorio de Gradečak, está diseñando un dispositivo que puede emitir verdes, blues, y rojos en diferentes proporciones. Con nanotecnología, puede ajustar la banda prohibida de los materiales y, en consecuencia, cambiar la longitud de onda. Simultaneamente, Ella está trabajando en una tecnología que produce luz azul que se transforma en rojos y verdes en diferentes proporciones con el uso de materiales de fósforo. que absorben la luz azul y la reemiten en un color diferente.

El desafío subyacente de hacer una transición exitosa es comprender los nanocomponentes y hacer que funcionen juntos. Gradečak ha desarrollado una técnica de caracterización que puede determinar cómo el cambio de composición y morfología de los nanomateriales cambia las propiedades ópticas. O, como ella dice, "¿Cuáles son las perillas que necesitamos sintonizar durante la síntesis para obtener una funcionalidad específica?"

Junto con eso, Gradečak está buscando formas de mejorar la flexibilidad y la eficiencia de las células solares, particularmente a través de electrodos transparentes. Aquí es donde su uso del grafeno juega un papel clave. En la actualidad, El óxido de indio y estaño es el estándar de la industria, pero es costoso. El grafeno tiene una capa de átomos de carbono, así como la conductividad y flexibilidad necesarias. La pregunta que Gradečak continúa explorando es cómo depositar materiales en el grafeno para que interactúen y produzcan una célula solar viable.

Controlando la temperatura

Uno de sus otros proyectos consiste en desarrollar un dispositivo termoeléctrico. Similar a una celda solar, esto aprovecharía la energía térmica y la convertiría en electricidad. Por ejemplo, el motor de un automóvil genera una temperatura alta, pero la mayor parte de esa energía se desperdicia. Su esperanza es capturar ese calor y finalmente usarlo para alimentar los sistemas eléctricos del vehículo. Dando un paso más, Se podrían colocar células solares en ese mismo automóvil para calentarlo o enfriarlo. "Es un desarrollo que está en el futuro, pero que abriría nuevas formas de pensar sobre la energía, "Dice Gradečak.

Con todo su trabajo un aspecto esencial es dominar el tema de la escala. Ella está trabajando con átomos de diferentes materiales. Cada uno se puede personalizar, pero jugar con uno puede afectar a los demás de formas incalculables. Se puede encontrar la interacción y el equilibrio correctos, pero esa es solo una parte de la ecuación. El siguiente paso necesario en el proceso es tomar un hallazgo en el laboratorio que funcione a 1 pulgada cuadrada y traducirlo a la vida real. práctico, tamaño necesario para la industria, todo ello preservando la calidad y la eficiencia.

"Los nanomateriales ofrecen oportunidades interesantes, y comprender cómo traducir sus propiedades a la escala macroscópica es la clave para la escalabilidad y las nuevas aplicaciones energéticas que actualmente no existen. "Dice Gradečak.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.