Vedci prichádzajú s prelomovým materiálom, ktorý dokáže mimoriadne efektívne premieňať slnečné svetlo priamo na teplo. Týmto objavom otvorili nové možnosti pre udržateľné technológie v oblastiach ako inteligentné budovy, čistenie vody či výroba palív bez emisií.

Základom vedeckého riešenia sú tenké vrstvy oxidovej zlúčeniny titánu známej ako Ti₄O₇, ktorá patrí do skupiny tzv. Magnéliho fáz – ide o substechiometrické formy oxidov titánu so špeciálnymi elektrickými a chemickými vlastnosťami, ktoré však doteraz narážali na praktické obmedzenia pri ich výrobe a využití.

„Schopnosť vytvoriť tenké fototermálne povlaky na relatívne veľkých povrchoch má veľký potenciál napríklad pri pasívnej odsoľovacej technológii, ktorá využíva iba priame slnečné svetlo a nevyžaduje žiadnu externú elektrickú energiu – na rozdiel od dnes bežne používaného reverznej osmózy,“ vysvetľuje profesor My Ali El Khakani z kanadského výskumného inštitútu INRS, ktorý celý projekt viedol a na ktorý upozornil portál Interesting Engineering.

Našli riešenie na náročný problém

Klasické metódy syntézy Ti₄O₇, ako napríklad tepelná redukcia, produkujú materiál v podobe prášku a často iba v zmiešanej fáze, čo obmedzuje jeho vodivosť aj praktickú využiteľnosť, najmä keď je potrebné pokryť väčšie plochy alebo vytvoriť sofistikované štruktúry.

„Tieto tradičné metódy neumožňujú presne riadiť zloženie, morfológiu ani nanostruktúru Ti₄O₇, čo značne limituje jeho potenciál,“ potvrdzuje doktorand Loick Pichon, hlavný autor vedeckej publikácie.

INRS

Riešenie prišlo v podobe techniky magnetrónového naprašovania, ktorá sa bežne využíva v polovodičovom priemysle na tvorbu tenkých vrstiev – pomocou plazmového nanášania sa tímu podarilo uložiť vrstvy Ti₄O₇ s hrúbkou len niekoľko stoviek nanometrov na rôzne typy podkladov vrátane kovov, kremíka a skla.

„Týmto spôsobom vieme úplne zmeniť povrchové vlastnosti prakticky akéhokoľvek materiálu – či už ide o kovové platne, kremíkové doštičky alebo sklenené panely,“ dopĺňa profesor El Khakani, ktorý sa špecializuje na laserovo-plazmové procesy a nanomateriály.

Kľúčový prechod na zelenú energetiku

Okrem pasívneho odsoľovania otvára nová technológia dvere aj pre vývoj anód s vysokým výkonom, ktoré dokážu čistiť vodu kontaminovanú odolnými znečisťujúcimi látkami – vďaka vysokej vodivosti a odolnosti proti korózii je Ti₄O₇ ideálny pre elektrochemickú dekontamináciu.

Zaujímavé je aj jeho potenciálne využitie pri výrobe vodíka a amoniaku, teda v oblastiach, ktoré sú kľúčové pre prechod na zelenú energetiku.

INRS

V neposlednom rade by sa tenké fototermálne vrstvy z Ti₄O₇ mohli uplatniť v stavebníctve – napríklad pri výrobe tzv. inteligentných okien s funkciou ohrevu, ktoré by mohli výrazne prispieť k energetickej efektivite budov a zníženiu nákladov na vykurovanie.

„Z vedeckého hľadiska je to veľký krok vpred – podarilo sa nám po prvýkrát dokázať základný vzťah medzi optickou absorpciou Ti₄O₇ vrstiev a ich schopnosťou premieňať svetlo na teplo,“ uzatvára profesor El Khakani, ktorého tím tak položil základ pre nový typ solárnych technológií s množstvom praktických využití.

Čítajte viac z kategórie: Novinky