"Оптический аккумулятор" для получения солнечной энергии без солнечных батаре
С давних пор считалось, что, несмотря на то, что свет состоит из электрических и магнитных компонентов, эффекты магнитного поля настолько слабы, что их можно проигнорировать. Исследователи из Университета Мичигана (UM) обнаружили, что при определенных условиях световое поле может генерировать магнитные эффекты, которые в 100 миллионов раз сильнее, чем ожидалось. Исследователи говорят, что такое открытие может привести к созданию "оптических батарей", которые смогут использовать энергию солнца без применения солнечных батарей.
Стивен Рэнд, профессор в департаментах электротехники и компьютерных наук, физики и прикладной физики, и его коллеги обнаружили, что если свет, сфокусированный с интенсивностью 10 миллионов ватт на квадратный сантиметр (Вт/см2), пропустить через материал, который не проводит электричество, например, стекло, световое поле может сгенерировать магнитные эффекты с силой, эквивалентной сильному электрическому эффекту.
"Наше открытие может привести к созданию новых видов солнечных батарей без полупроводников и без поглощения, чтобы произвести разделение зарядов", говорит Рэнд. "В солнечных батареях материал поглощает свет и сильно нагревается. Сейчас же мы рассчитывать на очень низкую тепловую нагрузку. Свет не будет поглощаться, а энергия будет сохраняться в магнитном моменте. Интенсивная намагниченность может быть вызвана интенсивным светом, что в конечном счете обеспечит нас емкостным источником энергии".
Уильям Фишер, докторант прикладной физике в Университете Мичигана, говорит, что ранее не замеченное "оптическое выпрямление" делает это возможным. При обыкновенном оптическом выпрямлении световое электрическое поле вызывает разделение положительных и отрицательных зарядов в материале, который создает напряжение, аналогичное аккумуляторному. Этот электрический эффект ранее был замечено только в кристаллических материалах, которые обладали определенной симметрией, но Рэнд и Фишер обнаружили, что световое магнитное поле может также создавать оптическое выпрямление в других типах материалов при соответствующих обстоятельствах.
"Оказывается, что магнитное поле начинает изгибать электроны в C-форме, и каждый раз они двигаются немного вперед", сказал Фишер. "Эта С-формы движения заряда генерирует как электрический диполь, так и магнитный. Если мы сможем повторить тоже самое в длинном волокна, мы получим огромное напряжение и возможность использовать его в качестве источника энергии".
Хотя свет должны быть направлен через непроводящий материал с интенсивностью в 10 миллионов Вт/см2, что значительно выше интенсивности солнечного света (приблизительно 0,136 Вт/см2), ученые ищут новые материалы, которые будут работать при более низкой интенсивности.
"В нашей последней работе мы покажем, что такой некогерентный свет, как солнечный, теоретически почти столь же эффективен в разделении зарядов, как и лазерный свет", сказал Фишер.
Исследователи прогнозируют, что с улучшенными материалами они смогут повысить эффективность на 10%, что сопоставимо с солнечными ячейками. Они добавляют, что, поскольку их решение не требует обширной полупроводниковой обработки, необходимой для традиционных солнечных батарей, это также может сделать солнечную энергию дешевле.
"Все, что нам нужно - это линзы для фокусировки света и волокно для осуществления его направленности. Стекло подойдет в обоих случаях. Его у нас в избытке, и он не требует особой обработки. Возможно, лучше даже использовать прозрачную керамику", сказал Фишер.
В течение лета исследователи сначала будут работать с лазерным светом, а затем солнечным.
Статья исследователя называется, «Оптически индуцированное разделение зарядов и терагерцовое излучение в диэлектриках", а Университет Мичигана собирается запатентовать свою технологию.
Стивен Рэнд, профессор в департаментах электротехники и компьютерных наук, физики и прикладной физики, и его коллеги обнаружили, что если свет, сфокусированный с интенсивностью 10 миллионов ватт на квадратный сантиметр (Вт/см2), пропустить через материал, который не проводит электричество, например, стекло, световое поле может сгенерировать магнитные эффекты с силой, эквивалентной сильному электрическому эффекту.
"Наше открытие может привести к созданию новых видов солнечных батарей без полупроводников и без поглощения, чтобы произвести разделение зарядов", говорит Рэнд. "В солнечных батареях материал поглощает свет и сильно нагревается. Сейчас же мы рассчитывать на очень низкую тепловую нагрузку. Свет не будет поглощаться, а энергия будет сохраняться в магнитном моменте. Интенсивная намагниченность может быть вызвана интенсивным светом, что в конечном счете обеспечит нас емкостным источником энергии".
Уильям Фишер, докторант прикладной физике в Университете Мичигана, говорит, что ранее не замеченное "оптическое выпрямление" делает это возможным. При обыкновенном оптическом выпрямлении световое электрическое поле вызывает разделение положительных и отрицательных зарядов в материале, который создает напряжение, аналогичное аккумуляторному. Этот электрический эффект ранее был замечено только в кристаллических материалах, которые обладали определенной симметрией, но Рэнд и Фишер обнаружили, что световое магнитное поле может также создавать оптическое выпрямление в других типах материалов при соответствующих обстоятельствах.
"Оказывается, что магнитное поле начинает изгибать электроны в C-форме, и каждый раз они двигаются немного вперед", сказал Фишер. "Эта С-формы движения заряда генерирует как электрический диполь, так и магнитный. Если мы сможем повторить тоже самое в длинном волокна, мы получим огромное напряжение и возможность использовать его в качестве источника энергии".
Хотя свет должны быть направлен через непроводящий материал с интенсивностью в 10 миллионов Вт/см2, что значительно выше интенсивности солнечного света (приблизительно 0,136 Вт/см2), ученые ищут новые материалы, которые будут работать при более низкой интенсивности.
"В нашей последней работе мы покажем, что такой некогерентный свет, как солнечный, теоретически почти столь же эффективен в разделении зарядов, как и лазерный свет", сказал Фишер.
Исследователи прогнозируют, что с улучшенными материалами они смогут повысить эффективность на 10%, что сопоставимо с солнечными ячейками. Они добавляют, что, поскольку их решение не требует обширной полупроводниковой обработки, необходимой для традиционных солнечных батарей, это также может сделать солнечную энергию дешевле.
"Все, что нам нужно - это линзы для фокусировки света и волокно для осуществления его направленности. Стекло подойдет в обоих случаях. Его у нас в избытке, и он не требует особой обработки. Возможно, лучше даже использовать прозрачную керамику", сказал Фишер.
В течение лета исследователи сначала будут работать с лазерным светом, а затем солнечным.
Статья исследователя называется, «Оптически индуцированное разделение зарядов и терагерцовое излучение в диэлектриках", а Университет Мичигана собирается запатентовать свою технологию.