Crecimiento de nanoestructuras sobre una superficie de cobre a diferentes temperaturas y tiempos de exposición. Crédito:Tanyeli et al. / Informes científicos de la naturaleza
La científica de materiales Irem Tanyeli del instituto de investigación energética DIFFER ha descubierto cómo se pueden cultivar nanoestructuras de manera controlada en una variedad de metales, bombardeando los metales con partículas de helio. Estas nanoestructuras controladas brindan la posibilidad de electrodos avanzados que producen combustible sostenible utilizando energía solar. Tanyeli y sus compañeros investigadores de DIFFER, ITER y la Universidad de Basilea publicaron sus resultados en Nature's Informes científicos el 28 de abril de 2015.
Soplando burbujas en metal
En su investigación, Tanyeli y sus colegas expusieron diferentes superficies metálicas a un haz intenso y caliente de gas helio cargado (plasma) en el experimento de plasma Magnum-PSI de DIFFER. El helio penetra fácilmente en la red metálica donde forma burbujas que empujan el metal circundante hacia afuera. De esta manera surgen diferentes estructuras de decenas a cientos de nanómetros de tamaño por metal. Al describir las diferencias, Tanyeli pudo analizar qué procesos subyacentes formaban las nanoestructuras, como la temperatura y la estructura de la red metálica.
Que el plasma de helio puede hacer que un metal explote en nanoestructuras se había descubierto previamente cuando los investigadores probaron materiales de pared para reactores de energía de fusión. Luego descubrieron formas extrañas en la superficie de la pared de metal. En un reactor de fusión estas nanoestructuras son indeseables porque reducen la descarga de calor, pero en otras aplicaciones las nanoestructuras son muy útiles, piensa el co-investigador y director de DIFFER Richard van de Sanden.
Conocimiento fundamental
"La investigación de Irem Tanyeli es importante debido a la percepción fundamental", dice Van de Sanden. "¿Cómo crecen esas nanoestructuras en una superficie, qué procesos juegan un papel en eso, ¿Cuáles son los cuellos de botella? y ¿cómo se puede gestionar el proceso? Si comprende eso, entonces puede producir materiales avanzados a gran escala a los que se les pueden otorgar propiedades por encargo ". Eso tiene una amplia gama de aplicaciones en tecnologías de energía sostenible.
Un electrodo nanoestructurado producido a partir de hierro ampliamente disponible puede utilizar la luz solar para producir a gran escala el hidrógeno, portador de energía, de forma económica. Crédito:ICMS / DIFFER
Convertir la luz solar en hidrógeno
Las nanoestructuras de Tanyeli son interesantes para aplicaciones de catalizadores, como el uso de energía solar para producir hidrógeno a partir del agua. Los materiales baratos y de amplia disponibilidad no suelen competir con la eficiencia de los poseedores de registros caros pero raros, como el platino. Pero con las nanoestructuras adecuadas, los materiales más baratos pueden seguir siendo competitivos.
Descripción general (a) y sección transversal (b) de nanoestructuras en una superficie de aluminio. Crédito:Tanyeli et al. / Informes científicos de la naturaleza
Eso abre posibilidades para el almacenamiento a gran escala y la conversión de energía sostenible en forma de compuestos químicos:combustibles solares. Dichos combustibles no tienen CO neto 2 -emisión y, por tanto, ofrecen oportunidades para el sector del transporte. Los combustibles solares se consideran una forma importante de almacenar energía sostenible, por ejemplo, la energía solar que se genera durante el verano rico en sol se puede almacenar para su uso durante el invierno oscuro
