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.

– 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.

Antennerna 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

Jontronisk pump i tunna blodkärl.

Effektivare cancerbehandling med jontronisk pump

När låga doser av cancerläkemedel tillförs kontinuerligt nära elakartade hjärntumörer med så kallad jontronik minskar cancercelltillväxten drastiskt. Det har forskare vid LiU och det Medicinska universitetet i Graz visat.

Glasskiva med droppe belyst underifrån.

Nästa generations hållbara elektronik dopas med luft

Forskare vid LiU har utvecklat en ny metod där organiska halvledare kan bli mer ledande med hjälp av luft som störämne. Enligt forskarna är det ett stort steg mot framtidens billiga och hållbara organiska halvledare.

Knappbatteri på finger.

Miljövänligt och billigt batteri för låginkomstländer

Ett batteri gjort av zink och lignin som kan användas över 8000 gånger. Det har forskare vid LiU utvecklat med visionen att det billiga och hållbara batteriet ska kunna användas i länder där tillgången på elektricitet är begränsad.

Senaste nytt från LiU

Florian Trybel

Samarbetet tänjer på fysikens gränser

Teoretikern Florian Trybel har en central roll i skapandet av nya material. Tillsammans med sin kollega inom experimentell forskning i Skottland siktar han på att utöka möjligheterna för material i extrema förhållanden.

Ung kvinna öppnar en dörr

Från teori till terapi

På Psykologmottagningen vid LiU får studenter på psykologprogrammet chans att göra skillnad på riktigt. Utöver en unik möjlighet att omsätta teori i praktik hjälper de patienter med allt från stresshantering, sömnbesvär, nedstämdhet, oro och fobier.

Kaiqian Wang.

Upptäckt om smärtsignalering kan bidra till bättre behandling

LiU-forskare har ringat in den exakta platsen på ett specifikt protein som finjusterar smärtsignalers styrka. Kunskapen kan användas för att utveckla läkemedel mot kronisk smärta som är mer effektiva och har färre biverkningar.