Krachtige laserpulsen etsen kleine patronen op metalen oppervlakken, waardoor deze veel licht absorberen.

Nog niet zo lang geleden presenteerden onderzoekers een onzinkbaar stukje metaal, dat zelfs doorboord met gaten nog op water blijft drijven. Hoe ze dit voor elkaar kregen? Ze vuurden laserstralen op een plat stukje metaal af om zo hele kleine patronen op het oppervlak te etsen. Deze houden lucht vast en maken het stukje metaal op die manier waterafstotend. Maar dezelfde methode kan ook gebruikt worden voor andere doeleinden. Bijvoorbeeld voor het zo efficiënt mogelijk opwekken van zonne-energie.

Zonnecollector
In de studie gingen de onderzoekers dit keer op zoek naar de meest perfecte zonnecollector (zie kader). Een paar jaar geleden ontwikkelden ze al een manier – wederom met laserstralen – om glanzende metalen pikzwart te maken. “Maar om de perfecte zonnecollector te maken hebben we meer nodig dan alleen zwart metaal,” vertelt onderzoeker Chunlei Guo. Dit pikzwarte metaal ving bijvoorbeeld licht op over een breed bereik van golflengten. En dus probeerden de onderzoekers uit te vogelen hoe ze een zonnecollector konden maken die heel selectief alleen licht uitgezonden door de zon opvangt.


Wat is een zonnecollector?
Een zonnecollector is eigenlijk het broertje van het zonnepaneel. Beiden worden gebruikt om energie op te wekken uit de zon. Het enige verschil is dat een zonnecollector zonlicht omzet in warmte, terwijl een zonnepaneel zonlicht omzet in elektriciteit. Een zonnecollector bestaat vaak uit een zwarte plaat die zonnestralen absorbeert. Op die manier kunnen ruimtes of water worden verwarmd.

Laserpulsen
De onderzoekers besloten hun laser weer uit de kast te halen. Vervolgens bestraalden ze metalen oppervlakken met hele korte laserpulsen. Op die manier etsten ze op micro- en nanoschaal patronen op het metaal. In de eerdere studie bewezen de onderzoekers al dat dit metaal waterafstotend kan maken. Maar nu tonen ze ook aan dat dankzij deze methode het metaal heel goed licht absorbeert. “Onze lasertechnologie kan dus eigenschappen van metaal veranderen door structuren op het oppervlak aan te brengen,” legt Guo aan Scientias.nl uit. “We pasten de grootte en de dichtheid aan om zo patronen te etsen waardoor we alleen zonnestralen sterk absorberen. Dit oppervlak verbetert niet alleen de energieabsorptie van zonlicht, maar vermindert ook de warmteafvoer op andere golflengtes. Hierdoor hebben we voor het eerst een perfecte metalen zonnecollector gemaakt.”

Wolfraam
In het onderzoek experimenteerden de onderzoekers met verschillende soorten metalen. Zo lieten ze aluminium, koper, staal en wolfraam door hun handen gaan. Wolfraam wordt het meest gebruikt als thermische zonnecollector. Maar toen wolfraam behandeld werd met de nieuwe techniek en er kleine nano-patronen op werd geëtst, bleek deze ook de meeste zonnestralen te absorberen. Sterker nog, het verbeterde de efficiëntie met wel 130 procent in vergelijking met onbehandeld wolfraam.


Verbetering
Volgens de onderzoekers is hun nieuwe zonnecollector een behoorlijke verbetering in vergelijking met wat er al op de markt is. “Onze collector zet zonne-energie om in warmte én wekt elektriciteit op,” zegt Guo desgevraagd. “Bovendien kan geen enkele andere technologie metalen veranderen in perfecte zonnecollectoren. Dan wordt er vaak gebruik gemaakt van halfgeleiders in plaats van metalen.”

Toepassingen
Volgens de onderzoeker kan de nieuwe uitvinding voor verschillende commerciële toepassingen gebruikt worden. “Denk bijvoorbeeld aan het omzetten van zonne-energie, het afvangen van verloren warmte, het afvoeren van warme of bijvoorbeeld koelplaten,” somt Guo op. Bovendien kan dezelfde techniek ook gebruikt worden voor betere lampen. Zo brachten de onderzoekers kleine micro patronen aan op een normale gloeidraad gemaakt van wolfraam. En het resultaat was overtuigend. De gloeilamp gaf namelijk meer licht bij hetzelfde energiegebruik.

De bevindingen uit de studie laten zien dat het aanbrengen van hele kleine micro patronen op metalen, een uitgestrektheid van mogelijkheden en toepassingen met zich meebrengt. En dat is interessant, want wie weet wat er nog meer aan de horizon opdoemt. We houden dan ook het laboratorium van Guo scherp in de gaten!