samedi 23 avril 2016

Des cellules thermophotovoltaïques qui produisent de l’électricité dans l’obscurité

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En utilisant un nouveau métamatériau magnétique optique ayant semble-t-il des propriétés révolutionnaires, des physiciens de l’Université nationale australienne (ANU) et de l’Université de Californie à Berkeley (UC Berkeley) ont produit un prototype qui pourrait être utilisé dans des cellules thermophotovoltaïques super efficaces. Ces cellules ne nécessitent pas de lumière solaire directe pour produire de l’électricité, mais à la place, absorbent le rayonnement infrarouge pour le convertir en courant électrique et, à la différence des cellules photovoltaïques classiques, peut le faire même dans l’obscurité.

Pour créer ce nouveau matériau, les chercheurs ont empilé 20 feuilles alternées de nanomatériau d’or et de fluorure de magnésium (avec des épaisseurs de 30 nm et 45 nm, respectivement), l’une sur l’autre et les ont ensuite placées sur une base de nitrure de silicium de 50 nm d’épaisseur. En utilisant du fraisage ionique concentré, les chercheurs ont ensuite découpé une série de trous allongés dans le matériau pour produire des cavités.

Tout ce travail a doté le matériau de propriétés destinées à exploiter un phénomène connu sous le nom « dispersion hyperbolique magnétique. » La dispersion simple précise comment la lumière se comporte avec divers matériaux et est souvent considérée comme l’une principale propagation à trois dimensions d’un rayonnement électromagnétique dans des directions différentes. Par exemple, une lentille convexe en verre rodé aurait une forme sphérique ou ellipsoïdale pour sa dispersion.

Avec le nouveau métamatériau, d’autre part, les très fortes interactions de la matière avec la composante magnétique de la lumière signifie que les caractéristiques de dispersion prennent une forme hyperbolique – qui est un schéma de distribution beaucoup plus intense – avec pour résultat, une émission thermique cohérente et polarisée dans une direction. En d’autres termes, elle brille fortement et particulièrement lorsqu’elle est chauffée par rayonnement infrarouge.

Le résultat de toute cette manipulation topologique à l’échelle nanométrique signifie que la dispersion hyperbolique magnétique se produisant dans le métamatériau peut être accordé sur des fréquences spécifiques et l’intensité, de sorte que cela peut aider à augmenter considérablement l’efficacité du transfert thermique quand il est associé en tant qu’émetteur avec les cellules thermophotovoltaïques.

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« Les cellules thermophotovoltaïque ont le potentiel d’être beaucoup plus efficaces que les cellules solaires, » explique le Dr Sergey Kruk de l’École de recherche en physique et d’ingénierie de l’ANU. 

«Notre métamatériau surmonte plusieurs obstacles et pourrait contribuer à libérer le potentiel des cellules thermophotovoltaïques. »

Des dispositifs métamatériaux ont été spécifiquement créés par des scientifiques de l’Université de Berkeley selon les spécifications du Dr Kruk, et avaient besoin de l’expertise de l’Université de Berkeley pour la production de ces structures lilliputiennes et leur fraisage précis pour les façonner.

« La taille d’un bloc de construction individuel de métamatériau est si petit que nous pourrions adapter plus de douze milliers d’entre eux sur la section transversale d’un cheveu humain, » dit le Dr Kruk.

Selon l’équipe, ces nouveaux appareils pourraient également être fusionnés avec un dispositif de chauffage pour produire de l’énergie à la demande ou attachés à des moteurs de véhicules pour recycler la chaleur rayonnée en énergie électrique. Les chercheurs pensent également que l’efficacité des cellules thermo voltaïques construites à partir de leur métamatériau pourrait encore être améliorée en réduisant sensiblement l’écart entre l’émetteur et le récepteur à seulement un millionième de millimètre ou plus. De cette façon, le transfert de chaleur radiatif pourrait améliorer d’un facteur 10 par rapport aux matériaux conventionnels.

http://www.anu.edu.au/news/all-news/nanomaterial-to-drive-new-generation-of-solar-cells

http://www.nature.com/ncomms/2016/160413/ncomms11329/full/ncomms11329.html

Source : http://www.infohightech.com

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