Тепловой фильтр

Новые метаматериалы для энергосбережения
07.02.2017
По информации Университета Пердью

Международная команда учёных синтезирует метаматериал, меняющий спектр теплового излучения нагретого тела. Цель изобретения – шире задействовать технологии фотоэлектрического преобразования энергии, которые достигли довольно высокой эффективности при разумной цене. Другими словами, сегодня фотоэлектрические элементы имеет смысл использовать не только на солнечных станциях, но и в составе различных технических устройств, таких как термоэлектрические преобразователи. Идея проста: полупроводниковая панель будет поглощать тепловые лучи, вырабатывая электрический ток. Такой генератор, в частности, будет полезен для сбора бросовой энергии, которая уходит в атмосферу с выхлопными газами в автомобилях и самолётах.

В подобных случаях возникает проблема с преодолением запрещённой зоны, которую имеют полупроводники. Чтобы кремниевая панель начала работать, её нужно облучать ИК-фотонами с достаточно высокой энергией. То есть длина тепловых волн должна быть меньше определённого порога. Более того, желательно как можно точнее согласовать спектральные характеристики источника излучения и фотоэлектрической панели. И учёные придумали, как этого добиться.

Предложенный тепловой метаматериал включает наноструктуры, которые представляют собой резонансные элементы и одновременно антенны для тепловых волн. А резонанс, как известно, позволяет усилить колебания одних частот и подавить колебания других. Если нагретое тело будет покрыто таким метаматериалом, оно станет излучать тепловые волны в довольно узком диапазоне.

Концепция отрабатывается на наноструктурах из вольфрама и оксида гафния. Рассказывает научный сотрудник Университета Пердью (шт. Индиана) Зубин Якоб: «До сих пор подобные наноструктуры использовались в основном для манипуляций со светом лазера, но мы предлагаем задействовать их для преобразования теплового излучения от тела, нагретого до температуры порядка 1000 °C. Мой аспирант Шон Молески теоретически предсказал эффект ещё в 2012 г., но только недавно мы смогли продемонстрировать его на практике. Топологическое преобразование инфракрасного света фундаментально отличается от всех процессов, которые применяются в теплотехнике».

В исследовании также участвуют научные институты Германии и Канады. По оценкам учёных, технология будет готова к внедрению примерно через семь лет.

Читайте другие наши материалы