Tek Başına Işıkla Kontrol Edilir, Yeni Akıllı Malzemeler

Teknoloji, akıllı güneş pillerinin ve ışığa yanıt olarak hareket etmek üzere tasarlanmış diğer cihazların yolunu açıyor

Tufts Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’ndeki araştırmacılar, kablolara veya diğer harekete geçirici materyallere veya enerji kaynaklarına ihtiyaç duymadan hassas, görünür hareketler gerçekleştirebilen ve karmaşık üç boyutlu şekiller oluşturabilen ışıkla etkinleştirilen kompozit cihazlar yarattı. Tasarım, programlanabilir fotonik kristalleri, aydınlatmaya yanıt vermek için makro ve nano ölçekte tasarlanabilen elastomerik bir kompozit ile birleştiriyor.

Araştırma, güneşin yönünü ve açısını otomatik olarak takip eden yüksek verimli, kendi kendini hizalayan güneş pilleri, ışıkla çalışan mikroakışkan valfler veya talep üzerine ışıkla hareket eden yumuşak robotlar gibi akıllı ışıkla çalışan sistemlerin geliştirilmesi için yeni yollar sağlar. . Yaprakları ışığa doğru kıvrılan, ışığın yolunu ve açısını izleyen “fotonik ayçiçeği”, Nature Communications’da 12 Mart 2021’de yayınlanan bir makalede teknolojiyi gösteriyor.



Renk, ışığın emilmesi ve yansımasından kaynaklanır. Parıldayan bir kelebek kanadının veya opal değerli taşın her parıltısının ardında, kanada veya taşın içine gömülü doğal fotonik kristallerin belirli frekanslardaki ışığı emdiği ve diğerlerini yansıttığı karmaşık etkileşimler yatar. Işığın kristal yüzeyle buluştuğu açı, hangi dalga boylarının absorbe edildiğini ve bu absorbe edilen enerjiden üretilen ısıyı etkileyebilir.

Tufts ekibi tarafından tasarlanan fotonik malzeme iki katmanı birleştiriyor: altın nanopartiküller (AuNP’ler) ile katkılanmış ipek fibroinden yapılmış opal benzeri bir film, fotonik kristaller ve bir silikon bazlı polimer olan polidimetilsiloksanın (PDMS) altta yatan bir substratı. Olağanüstü esnekliğe, dayanıklılığa ve optik özelliklere ek olarak, ipek fibroin, negatif bir termal genleşme katsayısına (CTE) sahip olması açısından alışılmadık bir durumdur, yani ısıtıldığında daralır ve soğutulduğunda genişler. PDMS, aksine, yüksek bir CTE’ye sahiptir ve ısıtıldığında hızla genişler. Sonuç olarak, yeni malzeme ışığa maruz kaldığında, bir katman diğerinden çok daha hızlı ısınır, bu nedenle bir taraf genişledikçe ve diğer taraf daha yavaş büzülür veya genişlerken malzeme bükülür.

Yaklaşımımızla, ışığı soğurma ve yansıtma biçimlerini tasarlamak için bu opal benzeri filmleri birden çok ölçekte modelleyebiliriz. Işık hareket ettiğinde ve emilen enerji miktarı değiştiğinde, malzeme o ışığa göre konumunun bir fonksiyonu olarak katlanıyor ve farklı bir şekilde hareket ediyor ”dedi. Çalışmanın yazarı Fiorenzo Omenetto ve Frank C. Doble Mühendislik Profesörü, Tufts.

Işığı harekete dönüştüren çoğu optomekanik cihaz karmaşık ve enerji yoğun üretim veya kurulumları içerirken, “Işık-enerji dönüşümünün mükemmel kontrolünü elde edebiliyor ve bu malzemelerin ‘makro hareketini’ herhangi bir elektrik veya kabloya ihtiyaç duymadan üretebiliyoruz, “Omenetto” dedi.

Araştırmacılar, fotonik kristal filmleri şablonlar uygulayarak ve ardından belirli desenler oluşturmak için onları su buharına maruz bırakarak programladılar. Yüzey suyu paterni, filmden emilen ve yansıtılan ışığın dalga boyunu değiştirdi, böylece malzemenin, lazer ışığına maruz kaldığında desenin geometrisine bağlı olarak farklı şekillerde bükülmesine, katlanmasına ve bükülmesine neden oldu.

Yazarlar, çalışmalarında iki tabakalı filmde entegre güneş hücrelerinin bulunduğu bir “fotonik ayçiçeği” gösterdiler, böylece hücreler ışık kaynağını takip ettiler. Fotonik ayçiçeği, güneş pilleri ile lazer ışını arasındaki açıyı neredeyse sabit tuttu ve ışık hareket ettikçe hücrelerin verimliliğini en üst düzeye çıkardı. Sistem, lazer ışığında olduğu gibi beyaz ışıkla da çalışır. Bu tür kablosuz, ışığa duyarlı, heliotropik (güneşi takip eden) sistemler, güneş enerjisi endüstrisi için ışığı enerjiye dönüştürme verimliliğini potansiyel olarak artırabilir. Ekibin malzemeyle ilgili gösterileri arasında ışığa tepki olarak kanatları açılıp kapanan bir kelebek ve kendiliğinden katlanan bir kutu da vardı.

Araştırma, Omenetto ve Tufts Mühendislik Okulu’ndaki meslektaşlarının fotonik, elektronik ve nanoteknolojide gelişmiş bir malzeme platformu olarak ipeğin kullanımına ilişkin devam eden çalışmalarını genişletiyor.

Yorum Yaz

%d blogcu bunu beğendi: