Специалисты из Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН изучили наножидкости на основе углеродных наночастиц для применения в солнечных коллекторах. Именно такие наножидкости являются наиболее подходящими материалами, которые обладают способностью поглощения солнечного света, а также высокой теплопроводностью. Теперь получать необходимую энергию станет намного проще и эффективнее. Статья об этой работе опубликована в журнале «Письма в журнал технической физики». 

В наше время многие страны активно переходят на возобновляемые источники энергии, одним из которых является солнечная. В этом процессе важную роль играют наножидкости — составы с равномерно распределёнными в них наночастицами. Их свойства значительно отличаются от обычных жидкостей, а под воздействием различных факторов они могут приобретать новые качества. Они обладают улучшенными характеристиками поглощения и передачи солнечной энергии, что позволяет им эффективно преобразовывать солнечное излучение в полезную энергию.

За последние десятилетия опубликовано немало разных результатов исследований наножидкостей, в том числе и их применение в качестве альтернативных источников энергии, в частности в солнечных коллекторах.

Традиционно в солнечных коллекторах тепло поглощается и преобразовывается в энергию от нагретой поверхности, однако такой метод не является самым эффективным. С приходом наножидкостей эта задачу стало возможно решить новым способом. Для этой цели наножидкость должна поглощать солнечное излучение во всём спектральном диапазоне. Одновременно с этим наножидкости должны обладать подходящими теплофизическими и реологическими свойствами для способности эффективного сбора и передачи тепла. Немаловажным является и стабильность наножидкостей, отвечающая за сохранение их свойств, предотвращение образования агломератов и выпадения осадка. Не каждая наножидкость имеет все перечисленные параметры.

Исследователям из Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН экспериментальным методом удалось получить и исследовать наножидкости, которые подходят под все параметры: наножидкости на основе углеродных наноматериалов.

Углеродные наноматериалы с определённой электронной структурой способны эффективно поглощать и преобразовывать свет в тепло. Для изучения этого процесса используются спектрофотометры, которые при облучении образцов позволяют анализировать спектры пропускания, поглощения и отражения в широком диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного излучения.

Эксперимент показал, что различные углеродные материалы, например сферические наночастицы, углеродные нанотрубки и графеновые хлопья, хорошо поглощают свет. Однако первыми по эффективности являются сферические углеродные наночастицы.

«Углеродные материалы не смачиваются жидкостями, и их стабилизация в наножидкостях — непростая задача. Её решение позволит одновременно использовать преимущества углеродных материалов и жидкостей. Однако углеродные наноматериалы с определённой структурой очень хорошо поглощают свет и преобразуют его в тепло. Эти материалы имеют особое строение, при котором свет захватывается электронами в гексагональных кольцах атомов углерода», — объяснила научный сотрудник ИТ СО РАН кандидат физико-математических наук Марина Анатольевна Морозова.

Учёные поделились, что работают над новыми типами наножидкостей, которые могут пропускать свет в спектральном диапазоне для фотовольтаики и поглощать энергию света в остальном диапазоне, тем самым повышая эффективность в фотоэлектрических тепловых коллекторах, или PV/T-коллекторах. Это гибридные солнечные коллекторы, в которых сочетаются как фотоэлектрические солнечные элементы (часто расположенные в солнечных панелях), так и солнечные тепловые коллекторы. Они также изучают наноматериалы и с другими частицами, востребованными в разных технологических направлениях.

«Наножидкости могут использоваться и в других сферах. Например, в охлаждающих системах микроэлектроники, электрохимических системах накопления электроэнергии, обработке текстильных материалов, биологии, медицине и прочее. В будущем знания о наножидкостях будут расширяться, привнося с собой всё новые материалы и технологии», — объяснил старший научный сотрудник ИТ СО РАН кандидат физико-математических наук Алексей Владимирович Зайковский.

Текст: Юлия Сидорова.
Источник: «Наука в Сибири».