A utilização de componentes em nanoescala, os investigadores demonstraram a primeira rectenna óptico, um dispositivo que combina as funções de uma antena e um diodo rectificador para converter luz directamente em DC

Com base em nanotubos de carbono e pequenas rectificadores multicamadas feitos em cima delas, as luzes rectennas pode proporcionar uma nova tecnologia para



No novo dispositivo, desenvolvido por engenheiros do Instituto de Tecnologia da Geórgia, os nanotubos de carbono agem como antenas para captar a luz solar ou outras fontes.

À medida que as ondas de luz atingiu a antenas de nanotubos, criando uma carga oscilante que se move através dos dispositivos de rectificação ligados a eles. Os retificadores ligar e desligar a ficha petahertz alta velocidade, criando uma pequena corrente.

Rectennas bilhão em uma matriz pode produzir corrente significativa, embora a eficiência dos dispositivos ilustrados até agora permanece abaixo de um por cento. Os pesquisadores esperam aumentar essa produção através de técnicas de otimização, e acreditam que uma rectenna com potencial comercial poderia estar disponível dentro de um ano.

As células solares duas vezes mais eficiente

Baratunde Cola, professor associado do George W. Woodruff Faculdade de Engenharia Mecânica da Georgia Tech, disse:

"Nós poderíamos células solares que são em última análise, duas vezes mais eficiente a um custo que é dez vezes menor, e esta é para mim a oportunidade de mudar o mundo de uma maneira muito grande. Como um sensor robusto alta temperatura, estes rectennas poderia ser uma tecnologia totalmente destrutivo se podemos obter um por cento de eficiência. Se nós podemos de forma mais eficiente, você poderia aplicar-se a tecnologias de conversão de energia e de captação de energia solar. "

Desenvolvido na década de 1960 e 1970, rectennas operado em comprimentos de onda mais curtos de dez mícrons, mas há mais de 40 anos, os pesquisadores têm tentado fazer dispositivos para comprimentos de onda ópticos.

Havia muitos desafios: fazer com que as antenas pequeno o suficiente para comprimentos de onda ópticos de torque, e fabricar um diodo retificador de harmonização pequeno o suficiente e capaz de operar rápido o suficiente para capturar as oscilações de ondas eletromagnéticas. Mas o potencial de alta eficiência e baixo custo manteve os cientistas que trabalham na tecnologia.

"Os conceitos físicos e científicos foram lá fora", disse Cola. "Agora era o momento perfeito para experimentar algumas coisas novas e fazer um trabalho dispositivo, graças aos avanços na tecnologia de fabricação."

Multiwall nanotubos de carbono

Usando nanotubos de carbono e técnicas de fabricação de favo de mel metálico em escala nanométrica, Cola e colaboradores Asha Sharma, Virendra Singh e Thomas Bougher construiu dispositivos que utilizam a natureza ondulatória da luz, em vez de sua natureza de partículas.

Georgia Tech Associate Professor baratunde Cola medir a energia produzida pela conversão da luz laser verde para energia elétrica utilizando os nanotubos de carbono rectenna ópticos. Crédito: Rob Felt, Georgia Tech

Eles também usaram uma longa série de testes - e mais de mil dispositivos - para verificar as medições de corrente e tensão para confirmar a existência de funções rectenna que foram previstas teoricamente. Os dispositivos operados numa gama de temperaturas de 5-77 graus Celsius.

Realização de rectennas começa com florestas em crescimento de nanotubos de carbono alinhados verticalmente em um substrato condutor. Utilizando deposição de vapor atómico camada química, os nanotubos são revestidos com um material de óxido de alumínio para os isolar.

Finalmente, a deposição de vapor física é utilizado para depositar camadas finas de alumínio de cálcio seguida de metal opticamente transparente no topo de nanotubo de floresta.

A diferença de funções de trabalho entre os nanotubos e cálcio proporciona um potencial de cerca de dois elétron-volts, o suficiente para conduzir os elétrons para fora das antenas nanotubos de carbono quando eles são excitados por luz.

Em operação, as ondas de oscilação da luz passar através do eléctrodo de cálcio-alumínio transparente e interagir com os nanotubos.

As junções de metal-isolador-metal na extremidades dos nanotubos são utilizados como os rectificadores ligar e desligar a intervalos femtoseconds, permitindo electrões gerados a partir da antena a fluir numa direcção eléctrodo superior. Ultra-baixa capacitância, da ordem de alguns attofarads, permite que o diâmetro de 10 nanómetros diodo para operar a estas frequências excepcionais.

Antena Diode Acoplado

"Um rectenna é basicamente uma antena acoplada a um diodo, mas quando se move no espectro óptico, o que geralmente significa uma antena acoplada a um diodo nanoescala metal-isolante-Metal" Cola explicado. ". O mais perto que você pode obter a antena para o diodo, mais eficiente é o ideal Então usa a antena como um dos metais do diodo - que é a estrutura que nós fizemos."

Os rectennas fabricados pelo grupo de Cola são cultivadas em rígida, mas o objetivo é cultivá-las em uma folha ou outro material que poderia produzir células solares flexíveis ou

Cola vê rectennas construídos como prova simples de princípio. Tem ideias para melhorar a eficiência, alterando os materiais, abrindo os nanotubos de carbono para permitir que mais canais de condução, e reduzir a resistência das estruturas.

"Nós achamos que podemos reduzir a resistência em várias ordens de magnitude somente melhorando a fabricação de nossas estruturas de dispositivos", disse ele. "Com base no que os outros fizeram e que a teoria nos mostra, eu acho que esses dispositivos podem chegar a mais de 40 por cento de eficiência."

Asha Sharma, Virendra Singh, Thomas L. Bougher & baratunde A. Cola
Um nanotubo de carbono rectenna óptica
Nature Nanotechnology