Cấu trúc nano khai thác ánh nắng mặt trời để sản sinh hơi nước

0
26019

Phương pháp sản xuất nước sạch là đun nóng nước bẩn cho đến khi nó chuyển sang dạng hơi. Khi hơi nước bốc lên, nó để lại các chất ô nhiễm nặng, có thể được thu gom và làm mát, cuối cùng cung cấp nước sạch. Nhiều phương pháp đun nóng nước như sử dụng các vật liệu hấp thụ ánh sáng tại giao diện của không khí và nước để khai thác ánh nắng mặt trời và chuyển đổi ánh sáng thành nhiệt. Phương pháp này tiết kiệm nhiều năng lượng vì toàn bộ năng lượng mặt trời hấp thụ được sử dụng để làm nóng nước gần bề mặt, thay vì làm nóng toàn bộ nước.

Một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu là Mozhen Wang tại trường Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc và Yadong Yinthuộc trường Đại học California Riverside đã chứng minh một phương pháp mới cải thiện đáng kể hiệu quả của việc tạo ra hơi nước từ mặt trời bằng cách sử dụng cấu trúc nano kim loại plasmon hấp thụ ánh sáng. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nano Letters.

Cấu trúc nano kim loại plasmon là vật liệu mới phổ biến cho nhiều ứng dụng quang tử, bao gồm pin mặt trời và hình ảnh quang học, vì chúng tương tác với ánh sáng theo những cách độc đáo và có thể được thiết kế để thể hiện các tính chất như mong đợi. Ví dụ, đối với việc sản sinh hơi nước từ mặt trời, cấu trúc nano kim loại plasmon có thể được thay đổi để ánh sáng có độ hấp thụ cao và tính chất tán xạ thấp.

Tuy nhiên, cấu trúc nano plasmon có hạn chế là dải cộng hưởng hẹp và do đó, các cấu trúc chỉ có thể hấp thụ một phần nhỏ quang phổ mặt trời. Kết quả nghiên cứu mở rộng đáng kể dải cộng hưởng hẹp của các hạt nano bạc plasmon.

Chúng tôi đã chứng minh cấu trúc nano kim loại có thể được thiết kế bằng phương pháp tổng hợp hóa học để hiệu quả trong việc chuyển đổi ánh sáng phổ rộng thành nhiệt, cho phép sản sinh hơi nước từ mặt trời hiệu quả“, Yin nói.

Cải tiến dựa vào một khái niệm được gọi là ghép nối plasmon (plasmon coupling). Khi hai hạt nano plasmon tiến đến gần nhau, chế độ cộng hưởng của chúng sẽ kết hợp với nhau, giúp mở rộng dải cộng hưởng kết hợp của chúng, cho phép hấp thụ ánh sáng ở dải tần số rộng hơn.

 

Dù phương pháp này đã được thử nghiệm trước đây, nhưng chỉ cải tiến không đáng kể trong việc mở rộng quang phổ. Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã tăng đáng kể hiệu suất bằng cách sử dụng phương pháp mới để đảm bảo rằng nhiều hạt nano tiến lại gần nhau đủ để tạo hiệu ứng. Với phương pháp mới, các hạt được cố định trên bề mặt bên trong của vỏ nano polyme được phân bố ngẫu nhiên để đến khi các hạt phát triển thành các hạt nano plasmon, chúng xích lại gần nhau hơn. Phương pháp này đảm bảo mật độ cao các hạt nano được hưởng lợi từ không gian hạn chế và thể hiện khả năng hấp thụ ánh sáng băng thông rộng.

Theo tính toán của các nhà nghiên cứu, phương pháp mới có thể đạt được hiệu suất tạo hơi nước từ mặt trời cao tới 95%, mức cao nhất cho đến nay. Trong các thử nghiệm với ánh nắng mặt trời tự nhiên, các hạt nano đạt được hiệu suất 68%. Các nhà nghiên cứu dự kiến cải thiện hơn nữa cấu trúc nano trong tương lai.

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2019-01-nanostructures-harvesting-

sunlight-solar-steam.html#jCp,