Nomada Q : nanotecnología

nanotecnología

Mostrando entradas con la etiqueta nanotecnología. Mostrar todas las entradas

La propiedad principal que tiene que poseer las células solares que forman parte de las placas solares ya sean fotovoltaicas o termovoltaicas es su capacidad para capturar la radiación solar o fotodetección, una cualidad que determinada por el rango de sensibilidad influye en la cantidad de luz que es capaz de absorber.

Cuanta mas sensibilidad mayor producción de energía algo que con la tecnología actual y los materiales que se emplean en la fabricación de las placas solares, dista mucho de lograrse con la materia prima disponible. Circunstancia que impide se puedan desarrollar soluciones solares que se puedan adaptar a todo tipo de escenarios como por ejemplo al revestimiento de paredes en estructuras arquitectonicas con placas solares para lograr una mayor autonomía energética.

Aunque desde el sector de la construcción se ha tratado ofrecer materiales de construcción fotodetectores su repercusión en la practica ha sido muy escasa, debido principalmente a su mínimo rendimiento y mínimas garantías de durabilidad.

Una de las esperanzas mas prometedoras para que el día de mañana podamos conducir coches autónomos energéticamente gracias a la radiación obtenida del Sol. Esta puesta en el desarrollo de fotodetectores fabricados a escala manométrica, para los que existen varios candidatos aunque a los que se les confiere mayor credibilidad son los de origen bidimensional o 2D.

Materiales 2D como aumentar la potencia de los fotodetectores

Y entre ellos el conocido como disulfuro de molibdeno (MoS2). Un material que por excelente respuesta a la radiación solar podría ser el idóneo si se quiere conseguir el objetivo de obtener suficiente cantidad de energía con la que garantizar el funcionamiento de cualquier electrodoméstico o elemento que forman parte del mobiliario urbano (entre muchas otras aplicaciones). Sin tener que depender de una segunda fuente de energía.

Cualidad la de fotodeteccion que ademas se puede potenciar a escalas incluso nanometricas, como han revelado los datos del estudio publicado en Marzo de este año por la edición digital Chemical Communications, y que forman parte de una investigación realizada por un equipo de ingenieros de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y el Instituto IMDEA-Nanociencia.

Que han conseguido aumentar hasta 10.000 veces la repuesta solar de una placa solar fabricada con disulfuro de molibdeno (MoS2), el secreto de este descomunal incremento de la fotodetección y su increíble sensibilidad a la luz hay que buscarla en la capa de colorantes orgánicos con que se ha recubierto la superficie de la célula solar.

Espesor manométrico y cobertura orgánica

Cuyo espesor que no supera un nanómetro podría ser lo suficiente flexible como para poder fabricar los tejidos con los que se diseña la ropa con la que nos vestimos habitualmente. Y que según se deduce de las declaraciones del co-director del estudio Aday J. Molina-Mendoza junto a Andrés Castellanos-Gómez y Emilio M. Pérez, podría ser uno de los muchos sectores beneficiados de esta innovadora tecnologia, enfocada desde sus inicios en el objetivo de conseguir la máxima eficiencia en los procesos de obtención de energía.

Además a este incremento en la respuesta a la radiacción solar hay que añadir otra caracteristica que descubrieron en el transcurso de la investigación, y que esta relacionada con su capacidad para regular la captura de radiaccion solar en funcion de parametros medio-ambientales.

Ya que los dispositivos de captación fabricados con MoS2 y bañados con colorantes pueden modular su tasa de energía obtenida en función de las condiciones climatológicas. De esta forma si en un día nublado y frió se añade una capa de colorante orgánico se aumentara la cantidad de energía cosechada.

Relacionado: Investigadores del MIT crean la primera piel solar impresa sobre una burbuja de jabón

Los materiales bidimensionales recubiertos con materiales orgánicos y su margen de miniaturización se confirman como la alternativa para lograr en un futuro próximo enormes cantidades de energía en un mínimo espacio.

Uno de los principales desafíos que se nos presentara cuando abordemos el desafió de terraformar un planeta de los muchos que hay en nuestra galaxia, sera lograr las condiciones óptimas por las que sea compatible nuestra presencia con su atmósfera.

Cuya composición principalmente tendrá que contener los niveles precisos de oxigeno que nos permitan respirar y por lo tanto sobrevivir garantizando nuestro provenir. Desarrolladas por Julian Melchiorri en cuyo currículum académico combina formación científica y artística, las entidades vegetales que ha creado reproduciendo a escala nanotecnolgica uno de sus principales órganos.

Como son los cloroplastos a los que añadido una proteína modificada genéticamente a la que bautizado Silk Proteine, metabolizando la luz, el CO2 y el agua independientemente de su presencia transformándolos en oxigeno, lo que supone una ventaja adaptativa al medio en el caso de que haya ausencia de alguno de estos elementos. Y que en palabras de su propio creador supone un punto de inflexión en la carrera por habitar otros planetas.

Dado que uno de los problemas que suele presentarse a la hora de poder colonizar un nuevo planeta, es que entre sus características aparte de la gravedad circunstancia que impide que los organismos de origen vegetal pueda prosperar. Es que en su tenue atmósfera carece de uno o mas elementos imprescindibles para que la vida tal como las conocemos en la tierra.

Relacionado: Investigadores suecos presentan la primera rosa artificial

Testadas en laboratorio en el que se han recreado diferentes escenarios, las Silk Leaf (hojas de seda) son dispositivos artificiales diseñadas por Julian que reproducen la fotosintesis que se observa de forma natural en las plantas. Adaptanse satisfactoriamente a cualquier tipo de entorno.

No es la primera vez que se intenta una tecnología basada en puntos cuánticos en la búsqueda de aplicaciones en el campo de las energías renovables mas concretamente en el de la solar fotovoltaica. Desarrolladas por el departamento de Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) perteneciente al MIT.

Han conseguido fabricar células solares a temperatura ambiente, y cuya tasa de eficiencia presenta una tasa de eficiencia que oscila entre un 30% y un 50%. Lo que supone una reducción de costes relativos a su fabricación aumentando los beneficios debido a su capacidad de captación.

Los paneles de silicio que respresentan la inmensa mayoría de los que a día de hoy están disponibles en el mercado a disposición del consumidor. Requieren para su elaboración de complejos procesos termo-químicos por lo que precisan ser sometidos a elevadas temperaturas para que adquieran sus cualidades fotoconductiva produciendo electrones, lo que eleva significativente sus costes.

Lo que han conseguido el equipo dirigido por el estudiante doctorado Joal Jean, es fabricar células solares a temperatura ambiente. Para eso han utilizado una placa formada por un bosque de nanocables de oxido de zinc, a la que se ha bombardeado con puntos cuánticos.

Debido a la rección producida estos puntos cuánticos son capaces de absorver un rango de luz mas amplio de la longitud de onda. Lo que provoca un aumento en la tasa de eficiencia en la producción de energía de origen solar. Mediante el uso de nanocables de óxido de zinc, han creado una célula solar que es lo suficientemente gruesa como para absorber la luz de manera eficiente, pero también lo suficientemente delgada para ser semiconductora.

El uso de un proceso de crecimiento ascendente con el objetivo de cultivar los nanocables y la infiltración con puntos cuánticos plomo-sulfuro produce un aumento del 50 por ciento en la corriente generada por la celda solar, y un aumento del 35 por ciento en la eficiencia general.

Publicado en la edición en linea de Advanced Materials, en la edición de Mayo de este año. Desde entonces ahora cuando diferentes compañias han mostrado su interés por desarrollar un prototipo basado en puntos cuánticos que se pueda fabricar a escala industrial.

A una de las condiciones a las que se esta prestando mas atención ultimamente, es a los elevados índices acústicos que se produce en el ámbito urbano de las grandes ciudades. Quizás esta atención tenga que ver con cada vez mas estudios científicos ponen de manifiesto el vinculo que existe entre los elevados índices de ruidos y diferentes conductas y trastornos psico-emocionales.

Reflexionando sobre esta situación y sus posibles el doctor Steve Dunn, Profesor de materiales a nanoescala de la Escuela de Ingeniería y Materiales de Queen Mary en Londres. Ha estado trabajando en el desarrollo de prototipos capaces de absorver las frecuencias de sonido emitidas con el objetivo de generar energía limpia.

Con la intención de aplicación a la fabricación de obleas solares. Estos innovadores materiales capaces de cosechar los ruidos, son producto de la aleaciones de millones de filamentos microscópicos (nanorods) a base de óxido de zinc, luego cubierto con un polímero activo para formar un dispositivo que convierte la luz solar en electricidad.

Usando las propiedades especiales del material de óxido de zinc, el equipo fue capaz de demostrar que los niveles de ruido tan bajos como 75 decibelios (equivalente al ruido que produce la circulación en carretera o una impresora en una oficina) podría mejorar significativamente el rendimiento de la célula solar.

Pero lo mas curioso de este experimento es que para obtener tasas de eficiencia de hasta un 40%, las placas solares orientadas al sol en horario de máxima de exposición. Fueron sometidas a la emisión de las frecuencias de composiciones de Rock y Pop que debido a sus características sonoras, emitían la suficiente cantidad de vibraciones con las que complementar energeticamente a la producida a partir de los fotones solares.

Previamente se había demostrado que la aplicación de presión o tensión de los materiales de óxido de zinc puede producir energía a partir de un efecto piezoeléctrico. Las ondas sonoras, producen fluctuaciones aleatorias, anulándose entre sí siendo el mecanismo por el que se produce energía.

Esta tecnología híbrida podría representar según sus creadores una solución para absorber la mayor parte de frecuencias producidas por los numerosos ruidos, por los que nos sentimos cohibidos llegando alterar la percepción que tenemos de la realidad que nos rodea. Siendo un método eficaz para su eliminación y viabilidad económica.

Existen diferente formas de capturar los fotones de luz que emite el solo e impactan sobre la superficie de la tierra reflejandose. Generalmente se suelen utilizar espejos fabricados de silicio monocristalinos o policristalinos, además de otras superficies reflectantes o materiales de alta tecnología como los cristales fotónicos.

A pesar de las mejoras realizadas en su composición y en su forma de actuar, la mayor parte del rango de luz se diluye cuando se refleja, presentando tasas de eficiencia muy bajas que oscilan entre el 15 y 25 por ciento, lo que provoca que la producción de energía de origen todavía posea un amplio margen de mejora y un aliciente desde el punto de vista tecnológico.

Dirigidos por el profesor de física Marin Soljačić perteneciente al departamento de electromagnetismo y fotónica del MIT, acaban de anunciar lo que han denominado como el espejo perfecto, cuya superficie posee la capacidad de reflejar el 100% de las ondas luz, además de las de sonido y las producidas, evitando cualquier mínima distorsión.

Este avance mejorar enormemente la calidad de la tecnología que se emplea para la fabricación de los helióstatos instalados, en las plantas de concentración solar. Un modelo de explotación solar que viene experimentado un auge muy importante en los últimos, por el gran potencial de evolución que presenta.

En principio Marin y su equipo no tenían como objetivo encontrar mejoras en las propiedades en la absorción de luz por parte de los cristales. El equipo estaba estudiando el comportamiento de un cristal fotónico - en este caso, una oblea de silicio con una capa nanoestructurada de nitruro de silicio, perforada en la parte superior formando una celosía.

Estos orificios son tan pequeños que sólo pueden dar cabida a una sola onda de luz. En la mayoría de los ángulos, la luz fue parcialmente absorbida por el cristal fotónico, como se esperaba, pero con una longitud de onda específica de luz roja, con un ángulo de treinta y cinco grados, provocando que la luz se reflejara a la perfección. Cada fotón que fue emitido por la fuente de luz roja se recuperó perfectamente evitando su absorción o dispersión.

Estos esperanzadores resultados son muy significativos, porque representan un nuevo modelo de espejo que en principio presenta una reflectividad perfecta. El hallazgo cuestiona lo que hasta ahora se creía de que las superficies fabricadas por cristal fotónico, obedecían a las leyes usuales de la refracción y la reflexión, pero en este caso no lo hacen.

Los anales solares existentes hoy en día en el mercado, están limitadas al menos del 20% de eficiencia en la conversión de luz solar en electricidad, y por lo general existe una correlación entre el aumento de eficiencia y el coste económico. Esta baja tasa se debe de eficiencia es debido a que los semiconductores presentan una limitación material que le impide captura todo el espectro de luz que se emite.

Dirigidos por el ingeniero André D Taylor un equipo de investigadores pertenecientes al Yale Climate & Energy Institute, ha logrado aumentar un 38% la eficiencia energética emplean un colorante orgánico fluorescente a las celdas fotovoltaicas, absorbiendo y convirtiendo la luz en energía reduciendo los costes de producción.

Este colorante conocido como escuaraína aumenta la absorción de luz y recicla los electrones, mejorando de la conversión de la luz en energía. Los resultados sugieren una nueva vía para el desarrollo de una nueva generación de células solares de bajo costo

Publicado en la edición de Nature Photonics este estudio revela un nuevo enfoque inexplorado. Las células solares son una tecnología que convierte directamente la luz en electricidad. Fabricadas utilizando diferentes polímeros basados en silicio, son atractivos por su bajo costo, peso, área, y flexibilidad mecánica.

Pero son ineficientes perdiéndose la mayor parte de la energía principalmente debido a que sus redes de polímeros no están suficientemente alineadas como para permitir que la energía sea aprovechas. Basado en el mecanismo bioquímico de Förster de transferencia de energía de resonancia (FRET), los investigadores lograron un aumento del 38 por ciento en la eficiencia de conversión de energía.

Basadas en heterounión este polímero es capaz de migrar de una molécula a otra a través de largas distancias. El medio de contraste, que es altamente absorbente en la región del infrarrojo, amplíando el espectro de absorción de las células solares y mejora la transmisión de electricidad.

Esta tecnología permite a los diferentes materiales que absorben la luz para trabajar en sinergia dando lugar a redes de polímeros bien ordenadas, sin necesidad de post-procesamiento, en comparación con las células solares de polímeros tradicionales.

Esta estrategia resuelve varios problemas al mismo tiempo. Al combinar estratégicamente diferentes materiales que han sido utilizados con éxito para absorber energía solar, obteniendo tasas de alto rendimiento sin aumentar el coste de su producción.

Las células solares se han convertido la manera más respetuosa con el medio ambiente para el aprovechamiento de energía y generar electricidad sin emisiones. Sin embargo, la fabricación de placas solares representan la paradoja de ser bastante anti-ecológica suponiendo un excesivo consumo de recursos hidráulicos y materias primas.

Dirigido por el doctor en ingeniería Bernard Kippelen un equipo de investigadores que trabajan actualmente en el Centro de Fotónica y Electrónica Orgánica en Georgia Tech en colaboración con la Universidad de Purdue afirman haber desarrollado células solares a partir de materiales vegetales.

En la actualidad el tratamiento de los residuos que producen la sustitución de las placas solares obsoletas por otras mas eficientes y avanzadas tecnologicamente, supone un desproporcionado impacto ecológico debido a que los materiales con los que están fabricados los componentes de las placas solares son muy dificiles de reciclar.

Utilizando los mismos sustratos orgánicos básicos que usan las plantas para el proceso químico que facilita la fotosíntesis, las nuevas células solares orgánicas convierten alrededor de 2,7% de la energía solar que reciben en electricidad. El número es bastante impresionante si tenemos en cuenta que se tratan de materiales químicamente orgánicos.

Una estructura fácilmente biodegradable llamada nanocristales de celulosa se utiliza para montar estos sustratos orgánicos que permiten que las células solares puedan ser recicladas usando nada más que agua caliente en su tratamiento. El equipo de investigación conjunta ha creado así una forma más respetuosa del medio ambiente para crear y reciclar la tecnología que se utiliza para proporcionar energía verde.

El equipo ahora está trabajando en tratar de obtener estos sustratos orgánicos para convertir la energía solar de manera más eficiente y, llegando a los dos dígitos de eficiencia de conversión energética en un plazo razonable. El grupo planea lograrlo mediante la optimización de las propiedades ópticas del electrodo, recubriendo estas células con una capa delgada con el propósito de proteger las células contra el agua y el oxígeno al que están expuestas.