27 mars 2018

Kanske kan vi i framtiden skörda energi med hjälp av löv som vajar i vinden. Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE, har tagit fram en metod och ett material som genererar en elektrisk impuls vid övergången från sol till skugga och tvärtom.

Magnus Jonsson och Mina Shiran Chaharsoughi Magnus Jonsson och Mina Shiran Chaharsoughi Foto: Thor Balkhed– Växterna och deras fotosyntes påverkas hela tiden av växlingarna mellan sol och skugga. Vi har tagit inspiration från det och tagit fram en kombination av material där förändringarna i värme mellan sol och skugga genererar elektricitet, säger Magnus Jonsson, docent och forskningsledare för forskargruppen inom organisk fotonik och nanooptik vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet.

Resultatet, som har verifierats både i experiment och med hjälp av simuleringar, har nu publicerats i Advanced Optical Materials.

Nanoantenner

Tillsammans med forskare vid Göteborgs universitet har Magnus Jonsson och hans forskargrupp tidigare tagit fram små nanoantenner som absorberar solljus och genererar värme. En gemensam artikel där antennerna placerades i fönsterglas för att minska kallras och spara energi i byggnader presenterades i Nano letters under 2017. De nanosmå antennerna reagerar på ljus nära det infraröda spektrumet och bildar värme.

Nu har Mina Shiran Chaharsoughi, doktorand i Magnus Jonssons forskargrupp, tagit tekniken ett steg vidare och skapat en liten optisk generator genom att kombinera de små antennerna med en pyroelektrisk film.

Att den är pyroelektrisk innebär att det uppstår en elektrisk spänning över materialet när det värms upp eller kyls av. Förändringen av temperatur gör att positiva och negativa laddningar rör sig åt varsitt håll och genererar en elektrisk ström.

Antennerna består av små metallskivor, i detta fall i guld, som är 160 nm (eller 0,16 mikrometer) i diameter. De placeras på ett substrat och sätts sedan samman med en film av ett par olika polymerer som ger de pyroelektriska egenskaperna.

Stora ytor

– Nanoantennerna kan tillverkas över stora ytor där de små skivorna placeras på jämna avstånd från varandra, i vårt fall sitter de med cirka 0,3 mikrometers mellanrum. Vi har använt guld eller silver, men de kan även tillverkas i aluminium eller koppar, säger Magnus Jonsson.

Blad som vajar i vinden, Magnus Jonsson och Mina Shiran Chaharsoughi Blad som vajar i vinden, Magnus Jonsson och Mina Shiran Chaharsoughi Foto: Thor BalkhedAntennerna ger värme som sedan omvandlas till elektricitet med hjälp av polymermaterialet. Polymerfilmen behöver först polariseras för att en dipol ska skapas över filmen - en tydlig skillnad mellan positiv och negativ laddning. Graden av polarisering påverkar hur hög effekten blir, medan tjockleken på polymerfilmen inte verkar påverka effekten alls.

– Polariseringen tvingar vi in i materialet som vi kan visa förblir polariserat över lång tid, säger Magnus Jonsson.

Blad som vajar i vinden

Mina Shiran Chaharsoughi har också för att tydliggöra fenomenet gjort ett experiment där hon höll en kvist med blad under en fläkt och där bladens rörelser skapade sol och skugga över den optiska generatorn som i sin tur producerade små elektriska pulser genom en extern krets.

– Forskningen är bara i sin linda, men kanske kan vi i framtiden utnyttja de naturliga skillnaderna mellan sol och skugga i träden för att skörda energi, säger Magnus Jonsson.

Mer närliggande tillämpningar finns inom optikforskningen, som ljusdetektering på nanoskalan eller för optiska datorer.

Hybrid Plasmonic and Pyroelectric Harvesting of Light Fluctuations,
Mina Shiran Chaharsoughi, Daniel Tordera, Andrea Grimoldi, Isak Engquist, Magnus Berggren, Simone Fabiano, Magnus P. Jonsson, Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet, campus Norrköping, Advanced Optical Materials 2018.
DOI 10.1002/adom.20170105

Artikeln i Nano letters

Kontakt

Forskningen

Fler nyheter från LOE

Person i labbrock och handskar häller en blå vätska på en glasyta.

Miljövänligare metod för att skapa organiska halvledare

Forskare vid LiU har utvecklat ett nytt miljövänligare sätt att skapa ledande bläck för användning i organisk elektronik som solceller och konstgjorda nervceller. Fynden banar väg för framtidens hållbara teknologi.

Två forskare i labbrock med handskar kopplar in sladdar till en bägare med vatten och en växt.

Elektronisk ”jord” ökar tillväxten hos grödor

Kornplantor växer i genomsnitt 50 procent mer när rotsystemet kan stimuleras elektriskt genom odlingssubstratet. Det visar forskare vid LiU som har utvecklat en elektriskt ledande ”jord” för hydroponi.

Halvmåneformad svart aerogel med vattendroppar.

Superlätt material kan bli nyckel för framtidens terahertz-teknik

Forskare vid LiU har visat att genomsläppligheten av terahertzstrålning genom en ledande aerogel kan regleras. En viktig egenskap för att kunna låsa upp fler användningsområden för terahertzvågor.

Senaste nytt från LiU

Kaj Holmberg och Roghayeh Hajizadeh

Effektivisering av snöröjning i städer

Forskare på Matematiska institutionen vid Linköping har tagit fram en matematisk modell om hur snöröjning kan optimeras i svenska städer.

Man som står i en matbutik

Edvin pausade studierna och startade obemannad matbutikskedja

Edvin Johansson pausade studierna på civilingenjörsprogrammet i Industriell ekonomi för att starta AutoMat, en obemannad matbutikskedja. Nu är han tillbaka på campus med sin hittills största butik – belägen mitt i det myllrande studentlivet.

Person (Jie Zhou) pekar på en datorskärm.

Ny värld av 2D-material öppnas

Material som är extremt tunna får ovanliga egenskaper som gör dem lämpliga för bland annat energilagring, katalys och vattenrening. Nu har forskare vid LiU utvecklat en metod där hundratals nya 2D-material kan skapas.