Los investigadores han utilizado potentes pulsos de láser de femtosegundos para grabar superficies metálicas con estructuras a nanoescala que absorben selectivamente la luz solo en las longitudes de onda solares, pero no en otras.
Una superficie metálica normal es brillante y altamente reflectante. Hace años, el laboratorio de Chunlei Guo desarrolló una tecnología de metal negro que convertía los metales brillantes en negro intenso.
«Pero para fabricar un absorbente solar perfecto», afirma Guo, catedrático de óptica también adscrito al departamento de física y astronomía y al programa de ciencia de materiales de la Universidad de Róchester, «necesitamos más que un metal negro, y el resultado es este absorbente selectivo».
Esta superficie no solo mejora la absorción de energía procedente de la luz solar, sino que también reduce la disipación de calor en otras longitudes de onda, lo que, en efecto, «supone crear por primera vez un absorbente solar metálico perfecto», afirma Guo. «También demostramos el aprovechamiento de la energía solar con un dispositivo generador termoeléctrico».
«Esto será útil para cualquier absorbente o dispositivo de captación de energía solar térmica», añade, especialmente en lugares con abundante luz solar.
Los investigadores experimentaron con aluminio, cobre, acero y wolframio. Descubrieron que el wolframio, de uso común como absorbente solar térmico, presentaba la mayor eficiencia de absorción solar cuando lo trataban con las nuevas estructuras a nanoescala. Esto mejoró en un 130 % la eficiencia de la generación termoeléctrica en comparación con el wolframio sin tratar.
El laboratorio también ha utilizado la tecnología de grabado con láser de femtosegundos para crear superhidrofóbicos (repelentes al agua) y superhidrofílicos (que atraen el agua). En noviembre de 2019, por ejemplo, el laboratorio de Guo informó de la creación de estructuras metálicas que no se hunden independientemente de la frecuencia con la que se introduzcan en el agua o del daño o las perforaciones que sufran.
Este nuevo artículo, sin embargo, amplía el trabajo inicial del laboratorio con metal negro grabado con láser de femtosegundos.
Antes de crear los metales que atraen y repelen el agua, Guo y el asistente Anatoliy Vorobyev demostraron el uso de pulsos de láser de femtosegundos para volver casi cualquier metal negro intenso. Las estructuras superficiales creadas en el metal eran sumamente eficaces para captar la radiación entrante, como la luz. Sin embargo, captaban la luz en un amplio rango de longitudes de onda.
Posteriormente, su equipo utilizó un proceso similar para cambiar el color de una serie de metales a diversos colores, como azul, dorado y gris, además del negro ya logrado. Las aplicaciones podrían incluir la fabricación de filtros de color y dispositivos espectrales ópticos, una fábrica de automóviles que utilizara un único láser para producir coches de distintos colores; el grabado de una fotografía a todo color de una familia en la puerta del frigorífico; o la propuesta de matrimonio con un anillo de compromiso de oro que combine con el color de los ojos azules de su prometida.
El laboratorio también utilizó la técnica inicial de metal negro y coloreado para crear una matriz única de estructuras de escala nanométrica y micrométrica en la superficie de un filamento de wolframio convencional, lo que permite que una bombilla brille con más intensidad con el mismo consumo de energía.
«Disparamos el haz láser directamente a través del cristal de la bombilla y alteramos una zona del filamento. Cuando encendimos la bombilla, pudimos ver claramente que esta zona era más brillante que el resto del filamento», afirma Guo.
El artículo aparece en Light: Science & Applications. La financiación del trabajo procedió de la Fundación Bill y Melinda Gates, la Oficina de Investigación del Ejército y la Fundación Nacional de Ciencia.
Fuente: Universidad de Róchester
