ساخت آفتابگردان مصنوعی که به سمت نور می‌چرخد

به گزارش روز دوشنبه ستاد توسعه فناوری نانو، محققان دانشکده مهندسی دانشگاه تافتس، دستگاهی کامپوزیتی حساس به نور ساختند که قادر به انجام حرکات دقیق بوده و بدون نیاز به سیم یا سایر مواد عملگر یا منابع انرژی، تشکیل اشکال پیچیده سه‌بعدی می‌دهد، این دستگاه، ترکیبی از بلورهای فوتونی قابل برنامه‌ریزی با کامپوزیت الاستومری است که می‌تواند در مقیاس ماکرو و نانو مهندسی شود تا به نور پاسخ دهد.

این تحقیق راه‌های جدیدی را برای توسعه سیستم‌های هوشمند مبتنی بر نور مانند سلول‌های خورشیدی با راندمان بالا و خود تنظیم باز می‌کند، دستگاه‌هایی که به‌طور خودکار جهت و زاویه نور خورشید را دنبال می‌کنند، این فناوری دریچه‌ای به سوی سامانه‌های میکروسیالی فعال شده با نور یا ربات‌های نرم باز می‌کند.

مواد فوتونیکی که توسط تیم تافتس طراحی شده‌اند از اتصال دو لایه به هم ایجاد می‌شود: یک فیلم اوپال مانند، ساخته شده از فیبروئین ابریشم که با نانوذرات طلا (AuNPs) ترکیب شده و بلورهای فوتونی تشکیل داده است و یک لایه زیرین که از جنس پلی‌دی‌متیل سیلوکسان (PDMS)، پلیمر بر پایه سیلیکون، تشکیل شده ‌است. علاوه‌بر انعطاف‌پذیری، دوام و خصوصیات نوری قابل توجه، فیبروئین ابریشم در داشتن ضریب منفی انبساط حرارتی (CTE) غیرمعمول شهرت دارد، به این معنی که هنگام گرم شدن منقبض می‌شود و هنگام سرد شدن منبسط می‌شود.

در مقابل، PDMS دارای CTE بالایی است و درصورت گرم شدن به سرعت منبسط می‌شود. در نتیجه، وقتی این ساختار مهندسی شده در معرض نور قرار می‌گیرد. یک لایه خیلی سریعتر از لایه دیگر گرم می‌شود. بنابراین، با انبساط یک طرف و انقباض یا انبساط دیگر، این ساختار خم می‌شود.

محققان فیلم‌های بلوری فوتونیک را با استفاده از شابلون و سپس قرار دادن آن‌ها در معرض بخار آب برای تولید الگوهای خاص برنامه‌ریزی کردند. آفتابگردان فوتونیک تولید شده در این پروژه، قادر بود تا زاویه بین سلول‌های خورشیدی و پرتوی لیزر را تقریباً ثابت نگه دارد و با حرکت نور، بازده سلول‌ها در بیشینه‌ترین میزان ممکن حفظ شود. این سیستم با نور سفید همانند نور لیزر کار می‌کند. چنین سیستم‌هایی می‌تواند به‌طور بالقوه راندمان تبدیل نور به انرژی را برای صنعت انرژی خورشیدی افزایش دهد.

نتایج مربوط به پروژه ساخت «آفتابگردان فوتونیک» که گلبرگ‌های آن به سمت نور می‌چرخد، در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است. در این پروژه محققان همچنین پروانه‌ای ساختند که بال‌های آن در پاسخ به نور باز و بسته می‌شد.