Grafeen zonnecel naar concept van mottenoog - Grafeen (graphene) | Grafeen (graphene)
Grafeen zonnecel naar concept van mottenoog

Uit een onderzoek, gepubliceerd in Science Advances, is gebleken dat grafeen gemanipuleerd kan worden om het beste licht-absorberende materiaal voor zijn gewicht te bekomen.

Algemeen is het bouwen van een tweedimensionale dunne film voor het absorberen van breedband licht van technologisch belang. De eigenschap is essentieel voor toepassingen voor het oogsten van energie, monitoring, beeldvorming, opto-elektronica, telecommunicatie en spectroscopie.

Uit dit dunne materiaal kunnen een heleboel toekomstige toepassingen ontstaan, zoals ‘slim behangpapier’, dat elektriciteit uit licht of restwarmte kan genereren, en tal van toepassingen binnen het groeiende ‘internet of things’ aandrijven.

Met slechts één atoom dik is grafeen is erg sterk, maar traditioneel ondoelmatig naar lichtabsorptie toe. Om dit tegen te gaan gebruikte het team nano-patronen om licht te lokaliseren in de smalle ruimten tussen de oppervlaktestructuur, waardoor de absorptie van de hoeveelheid aan licht sterk verbeterde.

“De natuur evolueerde eenvoudige maar krachtige aanpassingen waaruit we inspiratie hebben genomen, met het oog op uitdagingen van toekomstige technologieën te beantwoorden” aldus professor Ravi Silva, hoofd van het Advanced Technology Institute.

“Mottenogen hebben microscopisch kleine patronen die hen in staat stellen om te zien in de schemerigste omstandigheden. Deze functioneren door licht te kanaliseren naar het midden van het oog, met het extra voordeel van het elimineren van reflecties, die roofdieren anders alert kunnen maken van hun locatie. We hebben dezelfde techniek gebruikt om een verbazingwekkend dun, efficiënt, licht-absorberend materiaal te
creëren door grafeen te textureren op een gelijkaardige manier.”

(Terzijde, het laagje op de mottenoogbal is trouwens een van de minst lichtweerkaatsende materialen in de natuur.)

Grafeen stond reeds genoteerd voor zijn opmerkelijke elektrische geleidbaarheid en mechanische sterkte. Niettemin, professor Ravi’s team liet verstaan dat vooraleer het potentieel van grafeen gerealiseerd kan worden als materiaal voor toekomstige toepassingen, het ook licht en warmte effectief moet kunnen benutten.

“Zonnecellen bedekt met dit materiaal zijn in staat om zeer gedimd licht te oogsten. Wanneer binnen geïnstalleerd, als onderdeel van het toekomstig ‘slim behangpapier’ of ‘slimme ruiten’, zou dit materiaal elektriciteit uit indirect licht of restwarmte kunnen genereren en een groot scala aan slimme toepassingen voeden,” vertelde Professor Silva.

Met behulp van een techniek die bekend staat als ‘nanotexturing’ ( in dit geval grafeen groeien rond een getextureerd metalen oppervlak) slaagden onderzoekers van de Universiteit van Surrey erin om ultradunne grafeen vellen te ontworpen dat het licht beter kunnen vangen, waar ze werden geïnspireerd door de Natuur.

Grafeen’s transparantie kan men eigenlijk op twee manieren benaderen. Een kwalitatief en atomair vel grafeen laat bijna 98% percent van het licht door dat het vel raakt. Wat evenveel betekent dat het amper licht tegenhoudt. Langs de andere kant vangt grafeen meer als 2% percent van het licht wel op. Wat voor een enkele laag materie eigenlijk niet min is.

Dr José Anguita van de Universiteit van Surrey en hoofdauteur van het papier merkte op: “Als gevolg van de dikte is grafeen enkel in staat om een klein percentage van het licht dat erop valt op te vangen. Om deze reden is het niet geschikt voor het vormen van opto-elektronische technologieën die onze ‘intelligente’ toekomst zal vergen.”

“Nanogetextureerd grafeen heeft dus tot gevolg dat het licht kanaliseert in de smalle ruimten tussen nanostructuren, waardoor de hoeveelheid licht geabsorbeerd door het materiaal stijgt. Het is nu mogelijk om sterke lichtabsorptie te observeren van zelfs nanometer-dunne films. Typisch kent een vel grafeen 2-3% lichtabsorptie.

Met deze methode absorbeert onze ultradunne multilaags grafeengebaseerde nanogetextureerde coating 95% van het invallende licht over een breed spectrum, van UV tot infrarood.”

Professor Ravi Silva vervolgde: “De volgende stap is om dit materiaal te gebruiken bij een verscheidenheid aan bestaande en opkomende technologieën. We zijn enorm enthousiast over de mogelijkheden om dit materiaal in de bestaande optische apparatuur te benutten ter verbetering van de prestaties, en terwijl op zoek te gaan naar nieuwe toepassingen.”

Het Surrey EPSRC gefinancierd Grafeen Centrum is op zoek naar partners uit de industrie om deze technologie te exploiteren en wil graag innovatieve bedrijven horen die toekomstige toepassingen van deze technologie willen verkennen.

Bron: surrey.ac.uk
Foto: Universiteit van Surrey

0 Reacties


3D print schaalmodel structuur grafeen

Graphene Job Board

  • INTERNAL APPLICANTS ONLY Research Associate in Dynamic Palpation
    Edinburgh, Heriot-Watt University
    profiling of the probe and ablation of graphene or metal layers 3: Manufacturing of a deployable prototype, including the...
  • Cleanroom Process Technician
    Cambridge, University of Cambridge
    Cambridge Graphene Centre Cleanroom Process Technician Department of Engineering, Cambridge Graphene Centre... £26,243-£30,395 Reference: NM17572 Closing date: 07 January 2019 The mission of the Cambridge Graphene Centre (CGC) is to investigate the science...