Фотонные кристаллы на порядок увеличат эффективность преобразования тепла в электроэнергию

Исследовательский коллектив из Массачусетского технологического института (MIT) разработал способ создания жаропрочной версии, так называемых фотонных кристаллов, используя вольфрам или тантал. Новый материал способен функционировать при температурах до 1200 градусов Цельсия, что открывает широкий спектр практических приложений: от источников питания портативных устройств и космических зондов, до ИК-излучателей для спектрографического анализа веществ.

От предыдущих попыток создания высокотемпературных фотонных кристаллов новую разработку, по словам участников проекта, отличают технологическая простота, эффективность и низкая себестоимость крупномасштабного производства: эти двумерные наноструктуры практически полностью можно изготовлять, используя стандартное оборудование для выпуска компьютерных микросхем.

Широко известны естественные фотонные кристаллы, например, опалы. Их радужные переливы – следствие взаимодействия света с внутренней слоистой структурой, период которой соразмерим с длиной волны фотонов. Однако, высокие температуры предъявляют серьёзные требования к таким материалам, делая их более подверженными коррозии, диффузии, плавлению и быстрым химическим реакциям. Ученые преодолели эти проблемы, смоделировав на компьютере геометрию нанорешётки из высокочистого вольфрама, наиболее устойчивую к повреждениям в результате нагревания.

Новое достижение инженеров MIT представляет особый интерес для проектов NASA, связанных с исследованиями глубокого космоса и Марса, где ресурса обычных солнечных батарей недостаточно для стабильного питания аппаратуры. Генераторы на базе фотонных кристаллов смогут обеспечить 10-кратный рост эффективности преобразования тепловой энергии от углеводородного топлива или радиоактивных изотопов, по сравнению с другими технологиями, при тех же массогабаритных показателях.

Коммерческое внедрение представленных технологий, по прогнозам учёных, может занять от двух до пяти лет.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365