Girassol artificial acompanha o Sol para produzir mais eletricidade

Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 13/04/2021

Girassol fotnico

Um “girassol” artificial que se curva, se dobra e gira autonomamente para otimizar a quantidade de luz que recebe pode ser um ingrediente chave nas clulas solares inteligentes do futuro.

O dispositivo foi fabricado com um cristal fotnico feito de um plstico de origem biolgica – um biopolmero – e seus desenvolvedores afirmam que verses futuras podero ser capazes de rastrear o Sol no cu, assim como os girassis reais fazem.

Os cristais fotnicos so materiais nanoestruturados com um ndice de refrao que varia em uma escala de comprimento semelhante ao comprimento de onda da luz visvel.

Essa variao peridica produz o chamado “hiato fotnico” (bandgap), que afeta como os ftons se propagam atravs do material, permitindo que a luz de algumas cores seja absorvida (aquecendo o material), enquanto outras frequncias so refletidas. O ngulo em que as luzes atingem o cristal tambm afeta as frequncias que so absorvidas.

Cristal fotnico

O material fotnico projetado por Yu Wang e seus colegas dos EUA e da Itlia consiste em duas camadas. A camada superior feita de um filme de fibrona de seda dopado com nanopartculas de ouro, uma mistura que absorve luz. A camada inferior feita com o conhecido polmero base de silcio, o polidimetilsiloxano (PDMS).

A seda foi escolhida como material ativo no apenas por causa de sua flexibilidade, mas tambm pelo seu coeficiente negativo de expanso termal, o que significa que a fibrona da seda se contrai quando aquecida e se expande quando resfriada. J o PDMS tem um coeficiente de expanso trmica muito elevado, o que significa que ele se expande fortemente mesmo com um calor muito pequeno.

Assim, quando o cristal fotnico de dupla camada exposto luz, ele se dobra conforme o PDMS se expande e a camada de seda se contrai.

A seguir, entra em jogo a complexa refletividade do material de seda, que ficou similar opala pela adio de nanopartculas de ouro e pela criao de ranhuras superficiais, que fazem com que a interao com a luz varie conforme seu ngulo de incidncia.

Outras demonstraes incluram borboletas que batem as asas quando a luz ligada e desligada e “caixas” que se fecham e abrem com luz.
[Imagem: Yu Wang et al. – 10.1038/s41467-021-21764-6]

Painis solares que acompanham o Sol

Juntos, esses mecanismos permitem que o material se curve, dobre e se tora de maneiras que dependem da geometria dos seus padres superficiais e da cor da luz incidente. Bastou ento um capricho na criao das ranhuras para produzir um material que acompanhe a fonte de luz.

Os pesquisadores demonstraram o potencial do mecanismo fabricando um girassol fotnico com clulas solares integradas, cuja produo de eletricidade maximizada porque o “painel solar” biomimtico acompanha a fonte de luz.

Eles tambm fabricaram uma caixa autodobrvel e uma borboleta com asas que se abrem e fecham em resposta luz, mas afirmam que seu grande objetivo a criao de painis solares inteligentes que possam ser robustos o suficiente para funcionarem fora do laboratrio, em condies reais de operao.

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