Cuando los científicos intentan mejorar las cosas, a menudo recurrirán a una regla estándar y tratarán de refutarla o alterarla.

Un consorcio de investigadores que utilizan la fundición molecular única en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) se propuso hacer precisamente eso con la Ley de Planck.

Ley de Planck, que forma la base de la teoría cuántica, establece que la radiación electromagnética de los cuerpos calientes se distribuye en una amplia gama de longitudes de onda y una amplia gama de ángulos.

Sin embargo, El propio Max Planck señaló que la distribución de la energía emisora ​​se desviaría significativamente de su ley si el tamaño característico del objeto emisor es menor que la longitud de onda térmica (alrededor de 10 micrómetros a temperatura ambiente). Con el advenimiento de la micro y nanotecnología, es fácil fabricar materiales donde la ley de Planck no se cumple.

Los investigadores se propusieron determinar la desviación de la Ley de Planck para comprender este impacto en tecnologías basadas en geometrías nano y microestructuradas. Imagine un material de almacenamiento térmico que convierte la electricidad en calor y luego lo irradia a una celda fotovoltaica para recuperar la electricidad cuando lo desee. El emisor radiativo del almacenamiento térmico podría estar hecho de nanoestructuras para maximizar el rendimiento.

Otro ejemplo es en el área de termoeléctricos basados ​​en nano-geometría de alta temperatura, donde el calor residual de alta temperatura se convierte en electricidad. Es importante comprender la radiación de estas características a nanoescala, ya que la radiación es la fuente dominante de fuga de calor a altas temperaturas y conducirá a una reducción en la eficiencia de conversión de calor a electricidad.

Industria de apoyo

Investigaciones como esta es en lo que se enfocan los laboratorios nacionales de EE. UU. Los investigadores hacen las preguntas y realizan los experimentos que la industria tal vez no pueda respaldar desde el principio.

Las instalaciones para usuarios científicos, como Molecular Foundry, también ayudan en este tipo de investigación. The Molecular Foundry es una entidad de investigación en nanociencia financiada por el Departamento de Energía (DOE) que brinda a los usuarios de todo el mundo acceso a experiencia de vanguardia, herramientas de instrumentación y modelado en forma colaborativa, Entorno multidisciplinar.

En este caso, Los investigadores utilizaron los modelos de radiación disponibles en la Fundición Molecular para modelar la radiación térmica de nanocintas rectangulares de vidrio de sílice. un material dieléctrico polar. El modelado se realizó utilizando supercomputadoras en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NERSC), otra instalación para usuarios del DOE ubicada en Berkeley Lab. Los experimentos fueron realizados por investigadores de la Universidad de California, San Diego.

"Nadie ha explorado el comportamiento relativo de las nanogeometrías, particularmente nano-geometrías anisotrópicas, nanoestructuras que son rectangulares en sección transversal, de esta manera, "dijo Ravi Prasher, uno de los investigadores.

Las aplicaciones prácticas para esta conversión de energía en etapa temprana son importantes para muchas aplicaciones de energía renovable, como la producción de electricidad solar concentrada, desalinización del agua, reacciones termoquímicas, calentamiento de agua, y almacenamiento térmico.

La publicación, "Emisión térmica coherente de campo lejano de resonancia polaritónica en nanocintas anisotrópicas individuales, "fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza en marzo de 2019.