El laboratorio de investigación de la Universidad de Rochester que recientemente llevó a cabo una investigación sobre uso de láseres para crear estructuras metálicas insumergibles ahora ha demostrado cómo se podría usar la misma tecnología para crear generadores de energía solar altamente eficientes.

En un artículo en Light: Science & Applications , el laboratorio de Chunlei Guo, profesor de óptica también asociado al Departamento de Física y Astronomía y al Programa de Ciencias de Materiales , describe este uso a través de poderosos pulsos láser de femto-segundo para grabar superficies con estructuras metálicas a nanoescala que absorbe selectivamente la luz en las longitudes de onda solar.

Una superficie metálica regular brillante y altamente reflectante. Hace años, el laboratorio Guo desarrolló una tecnología de metal negro que convirtió los metales brillantes en negro. «Pero para hacer un absorbente solar perfecto», dice Guo, «necesitamos más que un metal negro y el resultado es este absorbente selectivo».

Esta superficie no solo mejora la absorción de energía de la luz solar, sino que también reduce la disipación de calor en otras longitudes de onda, en efecto, «haciendo por primera vez un absorbente solar metálico perfecto», dice Guo. «También demostramos el aprovechamiento de la energía solar con un dispositivo generador por electricidad térmica».

«Esto será útil para cualquier dispositivo de captación o absorción de energía solar térmica», particularmente en lugares con abundante luz solar, agrega.

El trabajo ha sido financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates, por la Oficina de Investigación del Ejército y por la Fundación Nacional de Ciencia.

Los investigadores experimentaron con aluminio, cobre, acero y tungsteno, y descubrieron que el tungsteno, comúnmente utilizado como un absorbente solar térmico, tenía la mayor eficiencia de absorción solar cuando se trataba con las nuevas estructuras a nanoescala. Esto mejoró la eficiencia de la generación eléctrica térmica en un 130 por ciento en comparación con el tungsteno no tratado.

Los coautores incluyen a Sohail Jalil, Bo Lai, Mohamed Elkabbash, Jihua Zhang, Erik M. Garcell y Subhash Singh del laboratorio Guo.

Una larga línea de investigación

El laboratorio también ha utilizado la tecnología de grabado láser de femto-segundo para crear metales superhidrofóbicos (repelentes al agua) y superhidrófilos (que atraen el agua). En noviembre de 2019, por ejemplo, el laboratorio de Guo informó que creó estructuras metálicas que no se hunden (insumergibles), sin importar la frecuencia con la que se vean obligadas a caer al agua o cuánto se daña o perfora.

Este nuevo documento, sin embargo, amplía el trabajo inicial del laboratorio con metal negro grabado con láser de femto-segundo.
Antes de crear el metal que atrae y repele el agua, Guo y su asistente, Anatoliy Vorobyev, demostraron el uso de pulsos láser de femto-segundo para hacer girar casi cualquier tono metálico. Las estructuras superficiales creadas en el metal fueron increíblemente efectivas para capturar la radiación entrante, como la luz. Pero capturaron la luz en una amplia gama de longitudes de onda.

Posteriormente, su equipo utilizó un proceso similar para cambiar el color de una gama de metales a varios colores, como azul, dorado y gris , además del negro ya logrado. Las aplicaciones podrían incluir la fabricación de filtros de color y dispositivos espectrales ópticos, una fábrica de automóviles que utiliza un solo láser para producir automóviles de diferentes colores; grabar una fotografía a todo color de una familia en la puerta del refrigerador; o fabricando un anillo de compromiso dorado que combine con el color de los ojos azules de tu prometida.

El laboratorio también utilizó la técnica inicial de metal negro y de color para crear una matriz única de estructuras de nano y microescala en la superficie de un filamento de tungsteno regular, lo que permite que una bombilla brille más intensamente con el mismo uso de energía.
“Disparamos el rayo láser directamente a través del cristal de la bombilla y modificamos un parche en el filamento. Cuando encendimos la bombilla, pudimos ver que este parche era claramente más brillante que el resto del filamento ”, dijo Guo.