В статье, опубликованной в Light: Science & Applications, лаборатория Чуньлей Гуо, профессора оптики, также связанного с Программой физики и материаловедения, описывает использование мощных фемтосекундных лазерных импульсов для травления металлических поверхностей с наноразмерными структурами, которые выборочно поглощают свет только на солнечные длины волн, но нигде в другом месте.
Обычная металлическая поверхность блестящая и обладает высокой отражающей способностью. Много лет назад лаборатория Guo разработала технологию блэк-метала, благодаря которой блестящие металлы стали черными как смоль. «Но для создания идеального солнечного поглотителя, – говорит Гуо, – нам нужно нечто большее, чем черный металл, и в результате получился селективный поглотитель."
Эта поверхность не только увеличивает поглощение энергии солнечного света, но также снижает рассеяние тепла на других длинах волн, по сути, «впервые создавая идеальный металлический поглотитель солнечного света», – говорит Гуо. «Мы также демонстрируем использование солнечной энергии с помощью термоэлектрического генератора."
«Это будет полезно для любого теплового поглотителя солнечной энергии или устройства для сбора урожая», особенно в местах с обильным солнечным светом, – добавляет он.
Работа финансировалась Фондом Билла и Мелинды Гейтс, Управлением армейских исследований и Национальным научным фондом.
Исследователи экспериментировали с алюминием, медью, сталью и вольфрамом и обнаружили, что вольфрам, обычно используемый в качестве теплового поглотителя солнечной энергии, имел самую высокую эффективность поглощения солнечной энергии при обработке с новыми наноразмерными структурами. Это повысило эффективность теплового электричества на 130 процентов по сравнению с необработанным вольфрамом.
Соавторы: Сохаил Джалил, Бо Лай, Мохамед Элькаббаш, Джихуа Чжан, Эрик М. Гарселл и Субхаш Сингх из лаборатории Гуо.
В лаборатории также использовалась технология фемтосекундного лазерного травления для создания супергидрофобных (водоотталкивающих) и супергидрофильных (притягивающих воду) металлов.
Например, в ноябре 2019 года лаборатория Гуо сообщила о создании металлических конструкций, которые не тонут, независимо от того, как часто их заставляют погружаться в воду, насколько они повреждены или проколоты.
Эта новая статья, однако, расширяет первоначальную работу лаборатории с фемтосекундным лазерным травлением черного металла.
До создания водоотталкивающих и отталкивающих металлов Го и его помощник Анатолий Воробьев продемонстрировали использование фемтосекундных лазерных импульсов для окрашивания почти любого металла в черный цвет. Поверхностные структуры, созданные на металле, были невероятно эффективны при улавливании поступающего излучения, такого как свет.
Но они улавливали свет в широком диапазоне длин волн.
Впоследствии его команда использовала аналогичный процесс для изменения цвета ряда металлов на различные цвета, такие как синий, золотой и серый, в дополнение к уже полученному черному. Приложения могут включать создание цветных фильтров и оптических спектральных устройств, автомобильный завод, использующий один лазер для производства автомобилей разных цветов; вытравливание полноцветной фотографии семьи на дверце холодильника; или сделать предложение с золотым обручальным кольцом, которое соответствует цвету голубых глаз вашей невесты.
Лаборатория также использовала первоначальную технику черного и цветного металла, чтобы создать уникальный массив нано- и микромасштабных структур на поверхности обычной вольфрамовой нити, что позволяет лампочке светиться ярче при том же потреблении энергии.
"Мы направили лазерный луч прямо через стекло колбы и изменили пятно на нити накала.
Когда мы зажгли лампочку, мы действительно могли видеть, что этот участок был явно ярче, чем остальная часть нити накала », – сказал Гуо.