Hoa hướng dương gợi ý khai thác tối đa năng lượng mặt trời

SunBOT và cấu trúc cơ sinh học

Trong một bản báo cáo khoa học, được đăng trên tạp chí Nature Nanotech, các nhà nghiên cứu từ UCLA (Viện Đại học California, Los Angeles), sử dụng khái niệm này nhằm tạo ra một vật liệu nhân tạo, mô phỏng hoạt động sinh học của hoa hướng dương. 

Hoạt động sinh học của hoa hướng dương mang lại cho ý tưởng một vật liệu có khả năng theo dõi đa hướng sinh học tương tự, (các nhà nghiên cứu gọi là SunBOT) có lợi thế trong các trang thiết bị, có nhu cầu cao đối với năng lượng mặt trời hoặc các tác động môi trường khác. SunBOT tự điều chỉnh chuyển động cơ sinh để thường xuyên hướng về phía Mặt Trời ở vị trí tối ưu, cho phép hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả nhất.

Đây là một hệ thống phototropic nhân tạo, phát triển trên cơ sở các polymer cấu trúc nano có thể co dãn phản ứng với kích thích, điều chỉnh đón hướng ánh sáng tới trong không gian ba chiều trên một dải phạm vi nhiệt độ rộng.

Mỗi vật thể SunBOT được tạo thành từ một polymer, hình dáng tương tự như thân cây đường kính 1mm. Ban đầu, các nhà nghiên cứu sử dụng hạt nano vàng và hydrogel để tạo ra SunBOT. Nhưng sau hàng loạt thử nghiệm, các nhà khoa học phát hiện, sử dụng các hạt nano đen carbon và polymer tinh thể lỏng cho phép có thể trộn kết hợp các nguyên liệu thô khác, tạo ra các SunBOT khác nhau, đáp ứng nhu cầu của những ứng dụng nhất định. Ví dụ, SunBOT phát triển trên cơ sở hydrogel hoạt động tốt trong môi trường nước.

SunBOT phản ứng với tác động của nguồn sáng mặt trời và những ứng dụng tiềm năng của vật liệu. Ảnh Science Times

Theo nhà nghiên cứu sinh học UC-Berkeley, Seung-Wuk Lee, nếu có một số lượng lớn vật chất, hoạt động theo cùng một nguyên tắc, các nhà khoa học có thể sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau, đáp ứng các ứng dụng khác nhau.

Những polymer này, kết hợp nhúng với một vật liệu nano là phototropic, có nghĩa là vật liệu nano phản ứng lại với các kích thích ánh sáng. Trong ứng dụng cụ thể, vật liệu nano hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển đổi thành năng lượng nhiệt, tăng nhiệt độ. Đồng thời phototropic cũng có phản ứng với sự suy giảm của nhiệt độ, vật liệu polyme sẽ co lại.

Hiệu suất của vật liệu SunBOT

Dựa trên nhũng kết quả các thí nghiệm, một trong những nhà nghiên cứu và là nhà khoa học vật liệu của UCLA, ông Ximin He đã thử nghiệm kiểm tra xem thân cây nhân tạo sẽ hoạt động thế nào, phản ứng với sự chuyển động của chùm ánh sáng.

Các nhà khoa học thấy rằng, phía bên thân cây nhân tạo nhận được ánh sáng, nóng lên và co lại. Phần trên cùng của thân cây uốn cong về hướng ánh sáng, trong khi phần dưới bóng thân cây được làm mát, cho phép phần trên cùng tự định hướng theo một góc, có thể hấp thụ năng lượng ánh sáng tốt nhất từ nguồn phát.

Thử nghiệm vật liệu SunBOT với hướng chiếu xạ của nguồn sáng

Như đã biết, các tấm pin mặt trời hiện nay, được lắp các tế bào quang điện cố định ở một vị trí. Do sự di chuyển của ánh sáng mặt trời xung quanh, trong ngày những tấm pin này hấp thụ khoảng 24% năng lượng sẵn có.

Các nhà nghiên cứu cho biết, các vật liệu SunBOT có thể hấp thụ tới 90% ánh sáng mặt trời ngay cả khi chiếu xạ dưới một góc xiên, hoạt động trên một phạm vi các góc mở rất rộng. Đây chính là điều quan trọng mà các nhà nghiên cứu đạt được, công trình khoa học tạo ra loại vật chất, có thể cho phép hấp thụ năng lượng mặt trời gần mức tối đa.

Như vậy, loại vật liệu này có thể mở ra một hướng chế tạo pin năng lượng mặt trời mới, nhỏ hơn những tấm pin mặt trời cứng, năng động hơn thu được hiệu suất năng lượng mặt trời ở mức tối đa, có thể triển khai ở bất cứ nơi đâu có nguồn sáng.

Hơn thế nữa, các nhà nghiên cứu cũng phát triển nhiều ứng dụng, tích hợp loại vật liệu mới này trong các hệ thống khử muối, linh hoạt hóa khả năng di động của robot và nhiều ứng dụng dân sự khác.